Управление на отпадъци от рафинерии

Ефективното управление на отпадъци е интегрална част от функционирането на петролните рафинерии. Оптимизираният мениджмънт на отпадъчните потоци спомага за минимизиране на рисковете за хората и околната среда, както и за подобряване на ресурсната ефективност и в някои случаи за редуциране на разходите. За целта е необходимо внедряването на система за управление на отпадъците или като отделна комбинация от оборудване и процедури, или като част от цялостна система за управление на околната среда, здравето и безопасността (EHS). За да са максимални ползите, се предпочита интегрирането на системата за мениджмънт на отпадъците в рамките на EHS, защото това позволява обвързването с други екологични аспекти, например емисиите в атмосферата и водите.

След като се идентифицират необходимите практики за осигуряване на съответствие със законодателните изисквания, трябва да се дефинират допълнителни стандарти, процедури, оборудване и външни доставчици, с помощта на които да се разработи система за управление на отпадъци, отговаряща напълно на целите на компанията. В рафинериите тези системи трябва да гарантират, че служителите, отговарящи за дейностите по мениджмънт на отпадъчните потоци, са добре обучени да изпълняват задачите си по безопасен и екологосъобразен начин. Всички процедури за управление на отпадъците и минимизиране на въздействията върху околната среда трябва да бъдат документирани и актуализирани периодично. Необходимо е да се внедрят и следят индикатори, които да верифицират, че системата функционира, както е предвидено, и да спомогнат за откриване на възможности за подобрения.

Видове отпадъци

В рафинериите се генерират 4 широкообхватни категории отпадъци – технологични, от поддръжката на съоръженията (строителни отпадъци, остатъци от почистване на оборудването, отработени разтворители, бои, негодни за употреба батерии и акумулатори), битови (опаковки, хартия, хранителни отпадъци, малки количества опасни отпадъци) и в случай че към предприятието има медицински кабинет – болнични.

Технологичните отпадъци са основно два вида – утайки от нефтопродукти и отработени катализатори. Утайките се дефинират като полутечни остатъци, генериращи се вследствие на индустриални процеси и пречистване на отпадъчни води. Утайките от нефтопродукти са опасни отпадъци, които могат да бъдат охарактеризирани като стабилни водно-маслени емулсии, съдържащи още твърди частици и метали. Стабилността на тези емулсии се влияе от защитен филм, който предотвратява сливането на отделните водни капки. Този граничен филм е изграден от множество естествени емулгатори като асфалтени, смоли, фини твърди частици, маслоразтворими органични киселини и др. Стойността на pH на утайките от нефтопродукти обикновено е между 6,5 и 7,5, а химичният им състав варира в широк диапазон в зависимост от източника на суровия петрол, технологията на преработка и използваните реагенти и оборудване при рафиниране.

В рафинериите се използват катализатори, които обикновено включват метали върху инертен носител като алуминиев оксид, силициев диоксид или активен въглен.

Металите могат да бъдат например платина или рений в катализаторите за реформинг процеси или никел, молибден, кобалт, волфрам или ванадий в катализаторите за хидротретиране. Понякога се използват и неметални катализатори, например фосфорна киселина при процеса на каталитична полимеризация.

Вследствие на експлоатацията катализаторите могат да се замърсят с метали като олово, арсен, никел и ванадий, неметали като сяра и въглерод и значителни количества въглеводородни продукти и остатъци. Сред възможните причини за деактивиране на катализаторите са прегряване, запушване на порите и замърсяване на активната повърхност с кокс, отлагания от въглерод, сяра и тежки метали. Често най-големи количества отработени катализатори се генерират от процеса на хидротретиране за пречистване и подобряване на характеристиките на различни петролни продукти.

Основни методи на третиране

Обработката на отпадъците от рафинерии се предприема с цел намаляване на масата или обема им, подобряване на характеристиките им (например редуциране на опасните свойства), осигуряване на възможност за по-безопасното им рециклиране или обезвреждане и евентуално понижаване на разходите за осъществяването на тези дейности. За отпадъчните потоци от рафинериите могат да бъдат приложени физични, химични или биологични процеси на третиране.

Физичната обработка включва използването на филтри, филтър преси, центрофуги, хидроциклони и изсушители. Филтрирането е процес за повишаване на съдържанието на твърди частици в отпадъчния поток и намаляване на съдържанието на вода. Ефективността му може да е по-ниска при третирането на нефт, който залепва и запушва филтърния материал. Използването на филтърна система, която оставя по-голямата част от маслените компоненти в утайката, увеличава калоричността на отпадъчните филтри. Това е важен фактор, ако методът за крайно обезвреждане не е изгаряне. Филтър пресите обикновено се използват за обезводняване на утайки с цел намаляване на транспортните разходи. Разделянето на течностите на фази след филтриране често е възможно, след като бъдат отстранени стабилизираните твърди компоненти. Като полезна добавка при обработката на нефтени утайки във филтър преси може да се използва утайка от калциев карбонат. Лентови филтър преси се използват за утайки с по-високо съдържание на вода и по-ниско на нефт. Преди да бъде подаден в лентовата филтър преса, отпадъчният поток обикновено се смесва с флокулант или друга добавка, подпомагаща филтрирането. Декантер центрофугите типично се използват за утайки от рафинерии със съдържание на нефт от 10 или повече процента и съдържание на твърди частици до 25%. Важно условие при тези съоръжения е да се осигури непрекъснато захранване с добре хомогенизирана утайка. Хидроциклоните са полезни за разделяне на големи количества вода и нефт, особено когато пространството за съоръжения за третиране е ограничено и концентрацията на нефт е висока. Те са подходящи също за сепариране на частици катализатор от носители като пясък или глина. Изсушителите представляват въртящи се цилиндрични съоръжения, които се нагряват, докато утайката във вътрешността им изсъхне. Парата от сушащата се утайка често се улавя за последващо третиране.

Химичните методи за третиране на отпадъци от рафинерии включват втвърдяване, стабилизиране и капсулиране. Втвърдяването цели улесняване на манипулирането на материалите чрез преобразуването им от течно или полутвърдо в твърдо състояние чрез добавяне на свързващо вещество. Стабилизирането представлява третиране с цел получаване на химично стабилни отпадъци, които няма да отделят замърсители в инфилтрата в случай че бъдат депонирани. Процесът често се осъществява посредством добавянето на материал, който значително променя pH на отпадъците, последвано от смесване до формиране на пелети или монолитен блок от отпадъци. Капсулирането включва добавяне на материал, който образува покритие около отпадъците, свързвайки се с тях, формирайки непроницаем слой. За този процес често се използва цимент за получаването на монолитни блокове от капсулирани отпадъци, които се изпращат за депониране.

При биологичното третиране на отпадъци от рафинерии се използват микроорганизми, които превръщат въглеводородите във въглероден диоксид и вода с по-висока скорост, отколкото този процес протича в природата. Биоремедиация или компостиране могат да се прилагат за някои определени отпадъци от рафинерии, по-специално замърсени с нефт почви. Възможността за използване на тези техники зависи от съдържанието на нефт, който може да бъде преработен от бактерии, и от това дали отпадъците съдържат други вещества, които могат да отровят или да забавят дейността на микроорганизмите. Във всички процеси на биологично третиране се използват почвени бактерии, които разграждат органичните отпадъци при строго контролирани условия. Два фактора са от изключително значение за този тип биологично третиране – то протича в течната фаза, но силно зависи от скоростта на пренос на кислород от газовата в течната фаза. Важни параметри за успешното биологично разлагане на отпадъчни материали са съдържанието на нефт, преносът на кислород, влагосъдържанието, pH, температурата и концентрациите на хранителни елементи. Прилагането на биологично третиране изисква значителна по големина площ за преработка и съхранение на материалите, както и издаване на разрешително от компетентните органи за извършването на тази дейност. Възможно е биологично да се третират и някои отпадъци в течна фаза чрез процеси, провеждащи се в резервоари, които могат да бъдат аеробни или анаеробни.

Утайки от нефтопродукти

В рафинериите се образуват редица различни видове утайки – от резервоари за суров петрол и продукти, маслени сепаратори и флотационни съоръжения. Целта на третирането на утайките чрез обезводняване, сушене и/или инсинерация е да се намалят обемът и остатъчното въглеводородно съдържание, за да се спести от по-нататъшна обработка и да се понижат разходите. Принципът на механичното обезводняване с помощта на декантери се основава на центробежни сили и на разликата в плътността на водата, нефта и твърдите вещества. Термичното третиране се базира на комбинация от изпарение чрез индиректно нагряване и/или разграждането на органичните компоненти чрез термично окисление (инсинерация).

Декантер-центрофугите са широко използвани за обезводняването на утайки и обезмасляването в рафиниращата индустрия. Обезводнените биологични и нефтени утайки впоследствие могат да бъдат третирани посредством сушене и/или изгаряне, което на практика води до получаването на обезмаслени остатъци, които могат да бъдат оползотворени за различни приложения.

Обезводняване на утайките от нефтопродукти се прилага само в рафинерии, които обезвреждат получения кек извън площадката си. Обезвреждането може да стане в пещи на циментови заводи, електроцентрали, работещи на въглища, специализирани инсинератори и съоръжения за изгаряне на битови и опасни отпадъци. В рафинериите рядко се прилага сушене на утайките поради съображения за безопасност.

Отработени катализатори

Целта на управлението на отработените катализатори от рафинериите е да се сведат до минимум въздействията върху околната среда и здравето. За да се постигне това, те се отстраняват внимателно, опаковат се и се изпращат за повторна активация. Когато отработеният катализатор вече не може да бъде регенериран, той се подлага на процедури за извличане на металите или на други процеси за крайно обезвреждане. Благодарение на методите за възстановяване на метали отработените катализатори се превръщат в полезни продукти, които могат да бъдат рециклирани и използвани повторно с минимално въздействие върху околната среда.

В основата на управлението на отработените катализатори е планирано, строго регулирано и безопасно манипулиране с материалите, което обикновено се извършва от специализирани лица по време на дейности по обслужване и поддръжка на инсталациите. В някои случаи доставчиците на нови катализатори предлагат изземване на отработените такива.

Катализаторите за хидротретиране обикновено могат да се регенерират три или четири пъти. След това те почти винаги се преработват от трети страни до метални оксиди или разтвори на метални соли. Носителите от отработените катализатори понякога могат също да бъдат превърнати в продукти, но в случай че това не е възможно или рентабилно, те се обезвреждат. Отработените катализатори се класифицират по тип, процес, състав. За Ni/Mo и Co/Mo катализаторите от процесите на хидродесулфуризация, хидрокрекинг и хидротретиране са налични множество добре установени технологии за регенерация и извличане на металите. При Ni/W катализаторите, използвани при хидроочистката на смазочни масла, има някои ограничения по отношение на обезвреждането поради високото съдържание на волфрам (24 тегловни процента). Най-големи количества отработени катализатори в рафинериите се генерират от процеса на каталитичен крекинг, като са налични методи за оползотворяването им в пътното строителство. Катализаторите за процесите на реформинг и изомеризация се преработват само и единствено от доставчиците си. Най-рентабилният вариант за катализаторите за хидродеметализация, които обикновено са с високо съдържание на ванадий (10-20%), е директното обезвреждане в стоманената индустрия.