СПОСОБ ОЧИСТКИ ДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК B09C1/06 E01H12/00 E02B15/04 

Изобретение относится к технологии очистки дисперсных материалов от загрязнений, преимущественно нефтепродуктами, и может быть использовано при очистке от нефти и нефтепродуктов почв, грунтов и нефтешламов на предприятиях, занимающихся добычей, транспортировкой и переработкой нефти, нефтехимических и химических предприятиях.

Известен способ [1] очистки почв, грунтов и нефтяных шламов от нефтепродуктов, по которому загрязненный материал, содержащий в том числе и влагу, нагревают с последовательным испарением воды и нефтепродуктов, при этом пары воды отводят из реакционного узла до начала испарения нефтепродуктов, а нефтепродукты подвергают высокотемпературной деструкции, нагревая до температур 450-500^oC, с получением на выходе газовой смеси органических соединений и минеральной части почв и грунтов с неиспарившейся частью нефтепродуктов в виде полукокса. Отходящую газовую смесь органических соединений охлаждают с получением жидкой фазы нефтепродуктов и неконденсируемой газовой фазы, последнюю из которых направляют в топку, куда также подают минеральную часть с полукоксом. Тепло сжигания топлива в топке используют для поддержания процесса очистки почв и грунтов.

Устройство, реализующее данный способ-аналог [1], содержит рабочие органы забора и подачи загрязненного материала, реакционный узел в виде вращающейся горизонтальной трубчатой печи с внешней зоной нагрева, конденсатор для выделения жидких нефтепродуктов и топку.

К недостаткам способа и устройства для его осуществления следует отнести:
- двухстадийность очистки материала;
- высокотемпературную обработку почв, в результате которой полностью теряется плодородный гумус;
- за счет частичного спекания и остекловывания значительно ограничивается область дальнейшей переработки и вторичного использования минеральной части очищенных грунтов и нефтешламов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ [2], по которому загрязненный нефтепродуктами материал нагревают водяным паром с вытеснением жидких нефтепродуктов конденсирующейся горячей водой. Смесь жидких нефтепродуктов и конденсата сжигают в печи с генерацией водяного пара для процесса очистки.

Устройство, реализующее данный способ-прототип [2], содержит рабочие органы забора и подачи загрязненного и выгрузки очищенного материала, узел паровой обработки с реакционной зоной, емкость для сбора жидких нефтепродуктов и конденсата, соединенную с печью сжигания, и парогенератор, размещенный в печи и соединенный с реакционной зоной узла паровой обработки.

К недостаткам способа и устройства для его осуществления следует отнести:
- обработка загрязненного материала водяным паром с получением непосредственно на выходе из узла паровой обработки жидких нефтепродуктов и водяного конденсата включает нагрев материала до температур не более 150-200^oC, что обеспечивает удаление только низко- и, частично, среднекипящих фракций нефтепродуктов, a следовательно, достигается недостаточно высокая степень очистки материалов от нефтепродуктов - порядка 70-90% при остаточном содержании нефтепродуктов в дисперсном материале 8-15 мас.%;
- конденсация на выходе из узла паровой обработки водяных паров с получением смеси жидких нефтепродуктов и водяного конденсата не позволяет выделить чистые товарные нефтепродукты;
- конденсация водяных паров после обработки материала, а затем испарение конденсата при совместном сжигании с нефтепродуктами в печи снижает экономические показатели процесса - происходит перерасход выделенных нефтепродуктов.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества очистки и качества выделяемых нефтепродуктов, улучшение экономических показателей процесса.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе очистки дисперсных материалов от загрязнений, преимущественно нефтепродуктами, включающем нагрев загрязненного дисперсного материала, обработку его водяным паром и отвод воды и нефтепродуктов, обработку в среде водяного пара проводят при температуре 250-600^oC при массовом соотношении "водяной пар - нефтепродукты" не менее чем 1/15. При этом отводимую смесь паров воды и нефтепродуктов охлаждают до температуры, превышающей температуру конденсации паров воды.

Кроме того, задача решена тем, что устройство для очистки, содержащее смонтированные на общем основании рабочие органы забора, подачи и выгрузки материала, узел паровой обработки загрязненного материала с реакционной зоной, емкость для сбора жидких нефтепродуктов и печь для сжигания собранных нефтепродуктов, дополнительно снабжено холодильником-конденсатором, размещенным между узлом паровой обработки и емкостью для сбора жидких нефтепродуктов, а узел паровой обработки имеет дополнительную внешнюю зону нагрева, соединенную с выходом печи, при этом верхняя газовая зона емкости соединена с печью и реакционной зоной узла паровой обработки.

За счет повышенных температур и высокого парциального давления паров воды в газовой смеси достигается более высокая степень очистки дисперсных материалов от нефтепродуктов, в том числе и высококипящих фракций.

На чертеже представлена схема установки, на которой реализуется предлагаемый способ очистки дисперсных материалов, в основном почв, грунтов и нефтешламов, преимущественно от нефтепродуктов.

Устройство содержит рабочие органы забора и подачи исходного материала 1 и выгрузки очищенного материала 2, узел паровой обработки материала 3 с реакционной зоной 3а и зоной нагрева 3в, холодильник-конденсатор 4, емкость сбора жидких нефтепродуктов 5, выполняющую роль узла разделения парогазовой и жидких фаз, резервуар жидких нефтепродуктов 6, печь для сжигания органического топлива 7 с вентилятором 8 подачи воздуха, газодувку 9 для возврата части парогазовой смеси из верхней газовой зоны емкости 5 в реакционную зону узла 3, емкость с водой 10, причем нижняя часть емкости 5 через насос 12 соединена с печью, выход которой подсоединен к зоне нагрева узла паровой обработки, а емкость 10 соединена с реакционной зоной узла 3 либо непосредственно, либо через парогенератор 11, который может быть установлен на выходе из зоны нагрева узла паровой обработки.

Узел паровой обработки материала выполнен преимущественно в виде барабанной горизонтальной вращающейся печи с внешней рубашкой нагрева, а печь может представлять собой газожидкостное горелочное устройство либо преимущественно печь кипящего слоя.

Способ реализуется на предлагаемом устройстве следующим образом.

Материал, загрязненный нефтепродуктами и имеющий остаточную влажность, с помощью рабочих органов забора и подачи 1 подают в реакционную зону узла паровой обработки 3, при этом нагрев реакционной зоны 3а до температур 250-600^oC осуществляют за счет контактного теплообмена с внешней зоной нагрева узла 3в, куда подают топочные газы из печи 7. В реакционную зону подают также неконденсируемую парогазовую смесь и в случае необходимости для создания заданного соотношения "водяной пар - нефтепродукты" подают в заданном количестве воду из емкости 10 или водяной пар из парогенератора 11. По мере продвижения материала от входа к выходу реакционной зоны узла обработки 3 происходит испарение влаги и нефтепродуктов. Образующуюся парогазовую смесь после прохождения реакционной зоны в контакте с материалом направляют в холодильник- конденсатор 4. Охлаждение проводят до температуры, превышающей температуру конденсации паров воды, при этом большая часть газообразных нефтепродуктов конденсируется и собирается в емкости 5. Из верхнего газового отдела емкости 5 часть неконденсируемой парогазовой смеси газодувкой 9 возвращают в реакционную зону узла паровой обработки. Другую часть неконденсируемой парогазовой смеси направляют в печь 7, куда из емкости 5 подают также насосом 12 собранные жидкие нефтепродукты и вентилятором 8 воздух. Количество подаваемого жидкого топлива устанавливают исходя из заданной температуры топочных газов, обеспечивающей нагрев реакционной зоны узла 3, и теплотворной способности парогазовой смеси, поступающей из емкости 4. Топочные газы из печи направляют в зону нагрева узла паровой обработки 3, откуда они могут поступать в парогенератор. В парогенератор воду подают из емкости 10. Избыток жидких нефтепродуктов из емкости 5 собирают в резервуаре 6.

Пример 1. В узел паровой обработки подают загрязненную почву в количестве 1 т/ч следующего состава: влажность 1 мас.%, нефтепродукты (бензин-керосиновая фракция) - 30 мас.%, органическое вещество почвы (гумус) - 10 мас. %, остальное - минеральное составляющее почвы. Максимальная температура в реакционной зоне 250^oC, общее время нахождения обрабатываемого материала около 40 минут. В реакционную зону подают парогазовую смесь после холодильника-конденсатора в объеме 20 куб.м/ч, имеющую состав: 63 мас.% водяной пар, остальное неконденсируемые органические соединения. Общее соотношение "водяной пар - нефтепродукты" в реакционной зоне составляет 1/13,6. Выходящую из узла обработки парогазовую смесь в количестве около 355 кг/ч охлаждают в холодильнике-конденсаторе до 98^oC (температура конденсации паров воды 93^oC), при этом выделяют 304 кг/ч жидких обезвоженных нефтепродуктов. Большую часть, около 56%, неконденсируемой парогазовой смеси возвращают в узел паровой обработки, остальное направляют в газожидкостное горелочное устройство, куда также подают 25 кг/ч нефтепродуктов из сборной емкости. Степень очистки почвы от нефтепродуктов составляет 99,8%.

Пример 2. В узел паровой обработки подают загрязненную почву в количестве 1 т/ч следующего состава: влажность 2,3 мас. %, нефтепродукты (дизельное топливо, мазут) - 18 мас.%, органическое вещество почвы (гумус) - 18 мас. %, остальное - минеральное составляющее почвы. Максимальная температура в реакционной зоне 370^oC, общее время нахождения обрабатываемого материала около 1 часа. В реакционную зону подают 8 кг/ч водяного пара из парогенератора, кроме того, в реакционную зону поступает парогазовая смесь после холодильника-конденсатора в объеме 25 куб.м/ч, имеющая состав: 31 мас.% водяной пар, остальное неконденсируемые органические соединения. Общее соотношение "водяной пар - нефтепродукты" в реакционной зоне составляет 1/3,9. Выходящую из узла обработки парогазовую смесь в количестве около 316 кг/ч охлаждают в холодильнике-конденсаторе до 100^oC (температура конденсации паров воды 89^oC), при этом выделяют 201 кг/ч жидких обезвоженных нефтепродуктов. Часть неконденсируемой парогазовой смеси (48%) возвращают в узел паровой обработки, остальное направляют в газожидкостное горелочное устройство, куда также подают 32 кг/ч нефтепродуктов из сборной емкости. Степень очистки почвы от нефтепродуктов составляет 99,2%.

В примерах 1 и 2 выход жидких нефтепродуктов несколько выше их общего содержания в исходном материале за счет выделения жидких дегтеобразных соединений при частичном пиролизе гумуса.

Пример 3. В узел паровой обработки подают загрязненный грунт в количестве 1 т/ч следующего состава: влажность 3,2 мас.%, нефть - 32 мас.%, остальное - песок. Максимальная температура в реакционной зоне 480^oC, общее время нахождения обрабатываемого материала около 1 часа. В реакционную зону подают парогазовую смесь после холодильника-конденсатора в объеме 50 куб.м/ч имеющую состав: 82 мас. % водяной пар, остальное неконденсируемые органические соединения. Общее соотношение "водяной пар - нефтепродукты" в реакционной зоне составляет 1/4,6. Выходящую из узла обработки парогазовую смесь в количестве около 395 кг/ч охлаждают в холодильнике-конденсаторе до 110^oC (температура конденсации паров воды 98^oC), при этом выделяют 307 кг/ч жидких обезвоженных нефтепродуктов. Часть неконденсируемой парогазовой смеси (60%) возвращают в узел паровой обработки, остальное направляют в горелочное устройство типа печи кипящего слоя, куда также подают 43 кг/ч нефтепродуктов из сборной емкости. Степень очистки грунта от нефти составляет около 99%.

Пример 4. В узел паровой обработки подают нефтешлам (шламы нефтеперерабатывающих предприятий, донные осадки нефтяных амбаров) в количестве 1 т/ч следующего состава: влажность 24 мас.%, нефтепродукты - 36 мас.%, минеральная часть - остальное. Максимальная температура в реакционной зоне 600^oC, общее время нахождения обрабатываемого материала около 1 часа. В реакционную зону подают парогазовую смесь после холодильника-конденсатора в объеме 10 куб. м/ч, имеющую состав: 91 мас.% водяной пар, остальное неконденсируемые органические соединения. Общее соотношение "водяной пар - нефтепродукты" в реакционной зоне составляет 1/1,4. Выходящую из узла обработки парогазовую смесь в количестве около 606 кг/ч охлаждают в холодильнике-конденсаторе до 115^oC (температура конденсации паров воды около 100^oC), при этом выделяют 335 кг/ч жидких обезвоженных нефтепродуктов. Часть неконденсируемой парогазовой смеси (около 3%) возвращают в узел паровой обработки, остальное направляют в горелочное устройство типа печи кипящего слоя, куда также подают 63 кг/ч нефтепродуктов из сборной емкости. Степень очистки от нефтепродуктов составляет более 99%.

При соотношении "водяной пар - нефтепродукты" менее чем 1/15 степень очистки снижается до 80-90%. Проведение процесса при температурах ниже 250^oC также приводит к снижению глубины очистки материала вследствие неполного удаления средне- и высококипящих фракций нефтепродуктов. Верхняя температура очистки в 600^oC в присутствии водяного пара является достаточной для практически полного удаления нефти или различных нефтепродуктов из дисперсных материалов.

Заявляемый способ позволяет проводить очистку почв, грунтов или нефтешламов от нефти и нефтепродуктов до остаточного содержания органических веществ 1 маc.% и ниже, причем данные вещества представлены, главным образом, высокоуглеродистыми инертными малотоксичными соединениями. Предлагаемое устройство позволяет при исходной влажности материала 1-50 мас.% проводить процесс очистки в автотермическом режиме при содержании нефтепродуктов 4-8 мас.%. С использованием данного способа может быть произведена очистка плодородных почв от нефти и нефтепродуктов с сохранением гумуса до 40-80% от исходного. Проведение процесса очистки по предлагаемому способу с максимальной температурой обработки материала 600^oC при отсутствии кислорода позволяет в достаточной степени сохранить исходные физико-химические характеристики минеральной части очищаемого сырья, что делает возможным вторичное его использование или переработку.

Используемая литература:
1. Голубцов Н.В., Омаров С.С. Рынок нефтегазового оборудования СНГ, N 9, 1997, 85-87.

2. Авторское свидетельство СССР N 1783038, кл. E 01 H 12/00, 1990.

Изобретение относится к технологии очистки материалов, таких как почва, грунты и нефтешламы, от нефтепродуктов. Очищаемый материал подают в реакционную зону узла обработки и нагревают в среде водяного пара при массовом соотношении "водяной пар - нефтепродукты" не менее чем 1/15 до 250 - 600°С. Образующуюся газовую пароуглеводородную смесь охлаждают в холодильнике-конденсаторе до температуры, превышающей температуру конденсации паров воды, при этом большую часть сконденсированных нефтепродуктов собирают в сборной емкости, определенную часть неконденсируемой пароуглеводородной смеси возвращают в реакционную зону узла паровой обработки, а оставшуюся часть направляют в печь, в которую подают также из сборной емкости нефтепродукты. Газы сжигания из печи направляют в зону нагрева узла паровой обработки. Преимущества способа и устройства: высокая степень очистки - остаточное содержание нефтепродуктов в виде малотоксичных соединений не более 1 мас.%, выделение безводных нефтепродуктов, высокая экономичность процесса - автотермический режим при 4 - 8 мас.% нефтепродуктов, сохранение плодородия почв. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки дисперсного материала, преимущественно от загрязнений нефтепродуктами, включающий нагрев загрязненного материала, обработку его водяным паром и отвод воды и нефтепродуктов, отличающийся тем, что обработку в среде водяного пара проводят при 250 - 600°С при массовом соотношении "водяной пар - нефтепродукты" не менее чем 1/15. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отводимую смесь паров воды и нефтепродуктов охлаждают до температуры, превышающей температуру конденсации паров воды. 3. Устройство для очистки дисперсного материала, преимущественно от загрязнений нефтепродуктами, включающее смонтированные на общем основании рабочие органы забора, подачи и выгрузки материала, узел паровой обработки загрязненного материала с реакционной зоной, емкость для сбора жидких нефтепродуктов и печь для сжигания собранных нефтепродуктов, отличающееся тем, что оно снабжено холодильником-конденсатором, размещенным между узлом паровой обработки и емкостью для сбора жидких нефтепродуктов, а узел паровой обработки имеет дополнительную внешнюю зону нагрева, соединенную с выходом печи, при этом верхняя газовая зона емкости соединена с печью и реакционной зоной узла паровой обработки.