При добыче, транспортировке и переработке нефти формируются опасные смеси углеводородов с примесью тяжелых металлов и летучих органических соединений. Традиционные пути обращения с такими отходами – термическое уничтожение, отверждение, окислительные технологии и биоремедиация – требуют сложной инфраструктуры, стоят дорого и не всегда обеспечивают приемлемую экологическую безопасность. Научные результаты опубликованы в международном журнале Thermochimica Acta.
Команда Томского политехнического университета предложила иную конфигурацию процесса. Утилизация нефтяных отходов осуществляется одновременно с подачей газогидратного топлива, получаемого при регазификации газовых гидратов. Вода, присутствующая в кристаллической решетке "горючего льда", при горении разлагается на пар, что меняет химию пламени и сдерживает образование вредных компонентов.
Исследователи создали математическую модель и экспериментальную установку, позволяющие точно настраивать параметры камеры сгорания. В системе учитываются устойчивость факела, температура, угол пламени и дисперсность частиц, подаваемых вместе с газогидратным потоком. Такой подход обеспечивает прогнозируемую эффективность утилизации и упрощает масштабирование технологии под конкретные производственные условия.
Согласно результатам, для стабильной работы установки достаточно около 12 кг шлама и всего 0,5 кг "горючего льда" в час, что повышает интенсивность выгорания на 2,4–4,3%. Физический механизм включает микроподрывы капель и снижение температуры в факеле паром, что блокирует образование токсичных газов.
Технология уже адаптирована для теплоснабжения вахтовых поселков (на 150–2500 человек) в условиях северных морозов, базируясь на первой в РФ пилотной линии по производству гидратов в ТПУ.
Замеры показали, что присутствие водяного пара из газогидратов заметно снижает эмиссии. Концентрация оксидов серы уменьшается на 5% (в 8,5 раза ниже по сравнению с распространенными альтернативами), угарного газа – на 11% (в 7,8 раза ниже), оксидов азота – на 15%. Побочный продукт процесса – чистая вода, которую можно задействовать в бытовых и промышленных циклах, сокращая потребление свежих ресурсов.
Кроме того, ученые рассчитали режимы, при которых тепловую энергию от сжигания можно напрямую интегрировать в системы отопления. По словам заведующего лабораторией тепломассопереноса ТПУ Павла Стрижака, дополнительного энергопотребления такая схема не требует. Это делает ее особенно востребованной в удаленных населенных пунктах и на нефтегазовых месторождениях, где важно замыкать производственные циклы и обеспечивать энергонезависимость.
Проект реализован специалистами лаборатории тепломассопереноса Томского политеха совместно с Институтом теплофизики им. Кутателадзе СО РАН при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования РФ.
