- •Глава 4. Обработка нефтесодержащих отходов
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Классификация нефтесодержащих отходов и загрязнений
- •4.3. Механическое обезвоживание нефтесодержащих осадков и жидких нефтеотходов из очистных сооружений
- •4.2. Качественная характеристика воды и осадка, г/л, после 60-минутного уплотнения
- •4.4. Сжигание жидких нефтеотходов
- •4.5. Термическое обезвреживание нефтесодержащих осадков и шламов
- •4.4. Результаты испытаний установки по совместному сжиганию жидких нефтеотходов и осадков из очистных сооружений
- •4.6. Химическая обработка нефтесодержащих отходов
- •4.7. Биологическая обработка нефтесодержащих отходов
- •4.8. Утилизация нефтеотходов в промышленности строительных материалов, на транспорте и в народном хозяйстве
- •4.5. Потери при прокаливании кека и его химический состав, %
- •4.9. Основные методы регенерации отработанных минеральных масел
- •4.6. Нормы для приема нефтепродуктов на регенерацию
- •4.7. Примеси в отработанных маслах, %
- •4.10. Обработка смазочно-охлаждающих жидкостей и масляных эмульсий
- •4.8. Физико-химическая характеристика жидких нефтесодержащих отходов
- •Дозу серной кислоты рассчитывают по формуле
- •4.9. Технико-экономическая оценка основных методов обезвреживания отработанных сож
- •4.11. Обработка и утилизация кислых гудронов
- •4.10. Состав кислых гудронов, получаемых в результате разных процессов
- •4.11. Показатели экономичности экранов из кислого гудрона
- •4.12. Обработка шламов нефтеперерабатывающих заводов
- •4.13. Обезвреживание отходов нефтехимических производств и кубовых остатков
- •4.12. Методы обеззараживания твердых отходов нефтехимических производств.
4.4. Сжигание жидких нефтеотходов
Неутилизируемые жидкие нефтесодержащие и другие углеводородсодержащие отходы и загрязнения, подвергающиеся термическому обезвреживанию путем сжигания, обычно
сильно обводнены и содержат в себе механические примеси. При горении обводненных нефтепродуктов происходят сложные физико-химические превращения. Отличительной особенностью сжигаемых обводненных нефтеотходов является наличие в зоне пламени водяных паров. При этом их появление вызвано процессом химического превращения, так как вода вводится в камеру горения с топливом еще до воспламенения горючей смеси.
Согласно современной теории горения и цепных реакций можно считать, что наличие воды в нефтепродуктах и соответственно повышенное содержание водяных паров как в свежей горючей смеси, так и в продуктах сгорания должно положительно сказываться на процессе горения и, в первую очередь, на скорости распространения пламени.
Известно, что скорость цепной химической реакции пропорциональна концентрации активных центров, ведущих процесс. Для обводненного топлива концентрация таких центров будет всегда больше, чем у необводненного топлива. С увеличением обводненности сжигаемого топлива растет парциальное давление водяных паров в продуктах сгорания, при этом одновременно увеличивается количество диссоциированных молекул водяного пара. Кроме термической диссоциации паров воды на водород и кислород по уравнению2H2O=2H2+O2возможна диссоциация воды на водород и гидроксил, т.е. существование равновесия 2H2O=H2+2OH.
В процессе горения обводненного топлива диссоцияция может произойти также вследствие электронного возбуждения молекул или атомов от ударов их между собой при микровзрыве.
В процессе горения положительные ионы легко взаимодействуют с нейтральными молекулами, в результате чего образуются свободные радикалы. Так, ионы воды Н2О, взаимодействуя с молекулой воды по схемеH2О++ H2О®H3O+ +OH дают радикалы ОН.
Свободные радикалы могут также образовываться при рекомбинации положительных ионов с электронами или отрицательными ионами. Выделяющаяся при этом энергия оказывается достаточной для расщепления на радикалы вновь образующихся молекул. Так, энергия, выделяющаяся при рекомбинации ионовH2O+с электроном, равная 1215 кДж/моль, достаточна для полной атомизации молекулы воды, так как для расщепления ее на два атома Н и один атом О требуется энергия 918 кДж/моль. При рекомбинации иона гидроксония НзО++ е =H2O+ Н выделяется энергия, равная 821 кДж/моль, достаточная для полного расщепления H2Oна Н и ОН. Преимущество обводненных нефтепродуктов перед чистым углеводородным топливом состоит в том, что даже при низких температурах в зоне пламени они всегдабудут давать более высокие начальные концентрации активных центров атомов и радикалов.
Появление в зоне пламени обводненного топлива большого числа активных центров атомарного водорода Н и гидроксида ОН может во много раз ускорить реакции окисления и горения углеводородного топлива в результате развития реакции по цепочно-тепловому механизму.
Ускоряющее действие водяных паров в процессе горения окиси углерода объясняется суммарной реакцией
H2O + CO®CO2+ Н2.
в результате которой возникает легковоспламеняющийся водород. Последующее гомогенное окисление водорода приводит к образованию радикалов ОН и атомов Н и О, обусловливающих как развитие цепей основной реакции путем процессов
ОН +CO®CO2+ Н ;
Н + СО + О2®СО2+ ОН,
так и их разветвления
Н +O2®O+ ОН ;
О +Н2®H+ ОН
или О + СО +O2®CO2 +O+O
Этим объясняется повышение скорости горения СО, которое всегда имеет место в присутствии водяного пара. Вода не только является инициатором цепей в реакции, но и участвует в развитии самих цепей. Это подтверждается изменением интенсивности свечения, которое наблюдается с увеличением содержания воды и смеси.
При сжигании обводненных углеводородов уменьшается дымление, которое вызывается обычно дефицитом кислорода в зоне реакции. Недостаток кислорода приводит к усилению крекинга топлива и выделению свободного углерода. Углерод может сгорать по реакции
С +H2O®CO+H2,
для осуществления которой необходимо наличие вблизи крекингующих молекул топлива достаточного количества продуктов сгорания, имеющих в своем составе водяные пары. Очевидно, что в обводненном углеводородном топливе водяных паров всегда достаточное количество, т.е. даже без сгоранияH2в Н2О сгорание С в СО будет обязательным, а затем и СО вCO2.Следует также иметь в виду, что капли нефтеотходов, как правило, содержат внутри себя микроскопические включения воды.
Поскольку температура кипения воды ниже температуры кипения нефтеотходов, а слой нефтеотходов по отношению к заключенной внутри капли воды выполняет роль теплоизолятора, микрочастицы воды внутри капли перегреваются и мгновенно вскипают с разрывом капли на мельчайшие составляющие. Происходящие микровзрывы капель способствуют увеличению площади поверхности испарения нефтепродукта, а следовательно, тепло- и массообмену.
Установлено, что капля эмульсии размером 2 мм и влажностью 30 % сгорает за 2,8 с, а такая же капля необводненного мазута за 3,7 с. Явление внутригорелочного взрыва капель также ускоряет испарение, улучшает смесеобразование и позволяет значительно интенсифицировать процесс сжиганияжидких топлив.
Сжигание жидких горючих отходов может осуществляться при определенных условиях в топках и горелочных устройствах (камерных, циклонных, надслоевых), описанных в гл. 2 Наиболее широкое распространение в нашей стране получили турбобарботажные установки "Вихрь -1" производительностью 100--300 кг/ч и "Вихрь -3" производительностью 3000 кг/ч [27].