СИСТЕМА ДЛЯ СБОРА, ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ ШЛАМОВ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГРУНТА Российский патент 2002 года по МПК C02F11/00 C02F1/40 

Изобретение относится к области нефтеперерабатывающей промышленности и, в частности, может быть использовано для сбора и переработки нефтешламов и обезвреживания грунтов, ликвидации аварийных разливов нефти, нефтепродуктов, сбора и очистки грязной нефти, ловушечной нефти, донных осадков рек, озер от тяжелых углеводородов, донных отложений шламонакопителей на местах добычи и переработки нефти.

Известны системы очистки грунтов и нефтяных шламов, использующие промывку и экстрагирование (например, а.с. 1353754, МКИ C 02 F, 11/18).

Такие системы не позволяют получать чистую воду, грунт и нефтепродукты на выходе из нее.

Известны системы переработки нефтешламов с применением выпаривателей (например, по европейскому патенту ЕПВ, ЕР 224353, МКИ В 01 D, 17/00; заявка Японии 58-4758, МКИ C 10 G, 31/06; заявка Японии 58-35724, МКИ B 04 D, 23/02; заявка ФРГ 2807485, МКИ C 01 C, 33/06). Недостатком таких систем является то, что теряются легкие углеводороды, а в нефтяной фракции остаются механические примеси и соли.

Известны системы переботки нефтешламов с использованием устройств коагуляции, где в шлам добавляют высокомолекулярный коагулянт, а затем, пропуская шлам через фильтр и повышая давление, обезвоживают его (например, заявка Японии 59-19760, МКИ C 02 F, 11/14).

В таких системах нефть низкой степени очистки, вода загрязнена механическими примесями, а грунт содержит достаточно большое количество углеводородов (до 30%). Известны установки, в которых используется оборудование для обработки шламов и грунтов аэробными микроорганизмами (например, патент США 5059963, МКИ C 02 F, 11/00).

Эти устройства дают большую потерю нефти (до 30%), велико время очистки, и, кроме того, образуется много избыточного ила.

Известны системы обработки нефтешламов, содержащие фильтры, устройства для обработки полученного осадка углеводородным растворителем, устройства обработки аэробными микроорганизмами (патенты США 5055204, МПК⁶ C 02 F, 11/00 и 4999103, МПК⁶ C 02 F, 3/20).

Недостатками этих технических решений являются невозможность очистки никаких грунтов, кроме песка, недостаточность очистки нефтяной фракции. Кроме того, масса микроорганизмов вместе с песком выводится в окружающую среду, нарушая ее экологическое равновесие.

В США имеет место практика очистки отжатых в центрифугах, ленточных фильтр-прессах механических частиц. При этом сырье раскладывают на выстиланной герметичной полиэтиленовой пленкой площади, грунт обрабатывается микробиологическими штаммами. Регулярно ворошат Грунт, добавляя биоштаммы, влагу и питательные добавки, таким образом осуществляя деструкцию углеводородов биоштаммами (ЕТЕС, LLC, "A Revolution in Bioremediation Technology", Enzyme Technology. Risk Management, Project Client, Southern Pacific Fraus. Co.).

Недостатками подобных устройств являются потери нефти, в результате биологической деструкции углеводородов микроорганизмами при завершении операции очистки грунта в нем накапливается и остается огромное количество микроорганизмов, что отрицательно с точки зрения экологии, кроме того, очистка таким методом дает хорошую деструкцию легких углеводородов и неэффективна для тяжелых нефтяных фракций, смол; кроме того, для использования данных систем необходимы большие площади, время, при этом интенсивность процесса зависит от температуры окружающей среды.

Известна система переработки нефтяных шламов по патенту РФ 2078740, МПК⁶ C 02 F, 11/14, содержащая накопитель шлама, насосы, фильтры, устройство подачи деэмульгатора, нагреватель, центрифугу, деаэратор, сепаратор, устройство подачи растворителя, устройство обработки водяным паром, культиватор, устройства подачи питательных веществ, инокулянта, аппарат биологической очистки.

Недостатками этой системы являются недостаточная степень очистки нефти за счет неэффективного разделения эмульсии нефть - вода; вывод неочищенных взвешенных частиц вместе с водой, неэффективность биодеструкции тяжелых углеводородов, необходимость внесения питательных добавок; кроме того, требуется достаточно большое время для биологической деструкции.

Известна система переработки нефтяных шламов по патенту РФ 2075447, МПК⁶ C 02 F, 1/40, 11/00, 11/14, содержащая насосы, заборные устройства, термоотстойники, фильтры грубой и тонкой очистки, смесители, гидроциклон, центрифугу, сепараторы, устройства подачи деэмульгаторов, устройства культивирования биологических штаммов, очистки грунтов аэробными и анаэробными микроорганизмами, установку утилизации биомассы, устройство для вывода водно-иловой суспензии, устройство размыва донного осадка с механизмом регулирования интенсивности размыва, устройства ввода питательных добавок, культивирования биоштаммов, устройства ввода водяного пара, сжатого воздуха.

Данная система является наиболее близким аналогом заявленного изобретения.

Недостатками системы являются недостаточная степень очистки нефти за счет неэффективного разделения эмульсии нефть - вода; вывод неочищенных взвешенных частиц вместе с водой, неэффективность биодеструкции тяжелых углеводородов, необходимость внесения питательных добавок; кроме того, требуется достаточно большое время для биологической деструкции.

Задачей изобретения является комплексная очистка нефтешламов, замазученных грунтов, донных отложений как от легких, так и от тяжелых фракций с возможностью утилизации всех составляющих: легкой фракции, очищенного песка, очищенной воды, механических частиц при увеличении степени очистки их и относительно невысоких затратах, а также уменьшении суммарного времени очистки.

Данная задача решается тем, что система для сбора, переработки нефтяных шламов и обезвреживания грунта содержит последовательно соединенные модуль сбора и перекачки шлама, фильтр, сепаратор, причем на вход фильтра подключен выход первого блока подачи эмульгатора, а выход фильтра соединен со входом накопителя крупных механических частиц; выход сепаратора по легкой фракции соединен со входом в нагреватель, на вход которого также подключен выход второго блока подачи деэмульгатора и выход блока подачи водяного пара; двухфазную центрифугу, один выход которой соединен с входом трехфазного центробежного сепаратора, один выход которого соединен с входом емкости сбора очищенной нефти; выход сепаратора по тяжелой фракции через третье устройство подачи осадка подключен ко входу экстрактора, на другие два входа которого подключены блок подачи водяного пара и блок подачи растворителя соответственно; устройство обработки ферментами, выход которого сообщен с одним из входов устройства биологической деструкции, а другой вход последнего соединен с выходом первой системы аэрации, вход которой первым насосом соединен с выходом устройства биологической деструкции, при этом выход устройства биологической деструкции подключен также на вход устройства вывода очищенного песка; выход сепаратора по водно-иловой суспензии с помощью насоса подачи водно-иловой суспензии подключен на вход культиватора, на второй вход которого по цепи обратной связи с его же выхода с помощью второго насоса подключен выход второй системы аэрации; один из входов сепаратора через приемное устройство сепаратора соединен с блоком подачи водяного пара, выход по тяжелой фракции из нагревателя через первую акустическую систему подключен на вход двухфазной центрифуги; два выхода экстрактора по воде и взвеси подключены на соответствующие входы сепаратора, а третий выход экстрактора по песку через вторую акустическую систему с помощью четвертого устройства подачи осадка сообщен со входом устройства обработки ферментами; выход сепаратора по воде через первый акустический фильтр с помощью насоса подачи воды подключен ко входу модуля сбора и перекачки шлама; второй выход второй системы аэрации через четвертую акустическую систему подключен к третьему входу культиватора, а его выход через второй акустический фильтр подключен ко второму входу модуля сбора и перекачки шлама; второй выход трехфазного центробежного сепаратора с помощью второго устройства подачи осадка и третий выход трехфазного центробежного сепаратора подключены к соответствующим входам сепаратора.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемой системы, где:
1 - модуль сбора и перекачки шлама (МСПШ);
2 - фильтр;
3 - первый блок подачи деэмульгатора (ПБПД);
4 - накопитель крупных механических частиц (НКМИ);
5 - сепаратор;
6 - второй блок подачи деэмульгатора (ВБПД);
7 - нагреватель;
8 - первая акустическая система (ПАС);
9 - двухфазная центрифуга (ДЦ);
10 - первое устройство подачи осадка (ПУПО);
11 - трехфазный центробежный сепаратор (ТЦС);
12 - емкость сбора очищенной нефти (ЕСОН);
13 - второе устройство подачи осадка (ВУПО);
14 - третье устройство подачи осадка (ТУПО);
15 - блок подачи растворителя (БПР);
16 - экстрактор;
17 - вторая акустическая система (ВАС);
18 - четвертое устройство подачи осадка (ЧУПО);
19 - устройство обработки ферментами (УОФ);
20 - устройство биологической деструкции (УБД);
21 - первый насос (ПН);
22 - первая система аэрации (ПСА);
23 - третья акустическая система (ТАС);
24 - устройство вывода очищенного песка (УВОП);
25 - первый акустический фильтр (ПАФ);
26 - насос подачи воды (НПВ);
27 - насос подачи водно-иловой суспензии (НПИВС);
28 - культиватор;
29 - второй акустический фильтр (ВАФ);
30 - второй насос (ВН);
31 - вторая система аэрации (ВСА);
32 - четвертая акустическая система (ЧАС);
33 - блок подачи водяного пара (БПВП);
34 - приемное устройство сепаратора (ПУС).

Система для сбора, переработки нефтяных шламов и обезвреживания грунтов содержит последовательно соединенные модуль сбора и перекачки шлама 1, фильтр 2, сепаратор 5, причем на вход фильтра 2 подключен выход первого блока подачи деэмульгатора 3, а один из выходов фильтра 2 соединен с входом накопителя крупных механических частиц 4. Первый выход сепаратора 5 соединен со входом в нагреватель 7, этот же вход сообщен с выходом второго блока подачи деэмульгатора 6; выход с нагревателя 7 через первую акустическую систему 8 сообщен со входом в двухфазную центрифугу 9.

Один из выходов центрифуги 9 сообщен со входом в трехфазный центробежный сепаратор 11, а другой выход центрифуги 9 - со входом устройства биологической деструкции 20 с помощью первого устройства подачи осадка 10.

Один из выходов центробежного сепаратора 11 связан с емкостью сбора очищенной нефти, второй - со входом в сепаратор 5, а третий - с помощью второго устройства подачи осадка 13 - с другим входом сепаратора.

Второй выход сепаратора 5 с помощью третьего устройства подачи осадка 14 сообщен со входом экстрактора 16, два других входа которого соединены с выходами блока подачи растворителя 15 и блока подачи водяного пара 33 соответственно.

Выходы экстрактора 16 по легкой фракции и воде образуют обратную связь на соответствующие входы сепаратора 5, а третий выход сепаратора 16 через вторую акустическую систему 17 при помощи четвертого устройства подачи осадка 18 подсоединен ко входу устройства обработки ферментами 19, выход которого сообщен со вторым входом устройства биологической деструкции 20.

Один из выходов УБД 20 соединен со входом устройства вывода очищенного песка 24. Второй выход УБД 20 образует обратную связь на собственный третий вход с помощью последовательно соединенных первого насоса 21, первой системы аэрации 22 и третьей акустической системы 23.

Кроме того, на четвертый вход УВД 20 подключен выход ПСА 22.

Третий выход сепаратора 5 по воде через первый акустический фильтр 25 и насос подачи воды 26 подключен к входу в МСПШ1.

Четвертый выход сепаратора 5 с помощью насоса подачи водно-иловой суспензии 27 подключен к одному из входов культиватора 28, второй и третий входы которого образуют обратную связь с его выхода по линиям: второй насос 30 - вторая система 32 и второй насос 30 - вторая система аэрации 31.

Кроме того, выход культиватора 28 через второй акустический фильтр 29 сообщен входом МСПШ1 по воде (очищенной). Второй выход БПВП 33 через приемное устройство сепаратора 3У сообщен со входом сепаратора 5.

Предлагаемая система работает следующим образом.

В модуль сбора и перекачки шлама 1 поступает неоднородный по составу загрязненный грунт, содержащий нефтепродукты, в том числе тяжелые, камни, палки и другие механические примеси. Подача грунта может осуществляться с помощью конвейера, на который для снятия липких частиц нефтепродуктов может быть установлен скребок. МСПШ1 может быть снабжен решеткой для задержки крупных механических частиц.

В МСПШ1 происходит создание взвесий тяжелых вязких нефтепродуктов с водой, получаемой в результате переработки грунта из блоков 29, 26 (о которых будет подробнее сказано ниже).

Для понижения вязкости нефтепродуктов и повышения эффекта отмывки крупных частиц, разделения эмульсий из первого блока подачи деэмульгатора (ПБПД) 3 в тракт из МСПШ1 подается деэмульгатор, после чего грунт подается в фильтр 2, например барабанного типа, где отделяются крупные механические частицы (камни) и поступают в накопитель крупных механических частиц 4.

Далее фильтрат поступает в сепаратор 5, который разделяет сырье на легкую фракцию (нефтепродукт), воду, тяжелую фракцию (например, песок) и водно-иловую суспензию. В сепаратор 5 через его приемное устройство 34 из блока подачи водяного пара 33 вводится водяной пар, который нагревает сырье до 40^oС и способствует разделению эмульсий и размещению оболочек эмульгированного нефтепродукта на поверхности механических частиц грунта.

Нефтепродукт (легкая фракция) из сепаратора 5 поступает в нагреватель 7 и нагревается в нем, например, с помощью пара до температуры 60-80^oС. Нагреватель может быть выполнен в виде емкости с источником тепла, куда также поступает другой деэмульгатор из второго блока подачи деэмульгатора 6.

Из нагревателя 7 нефтепродукт поступает в двухфазную центрифугу 9, проходя через первую акустическую систему 8, которая позволяет с помощью акустических колебаний отделить нефтепродукт от механических частиц.

Под воздействием центробежных сил в двухфазной центрифуге 9 механические частицы отделяются от жидкости и выводятся ПУПО 10, например, шнеком на первый вход устройства биологической деструкции 20, а легкая фракция (нефтепродукт) поступает в трехфазный центробежный сепаратор 11. Под воздействием центробежных сил жидкость в сепараторе 11 разделяется на очищенную легкую фракцию, поступающую в емкость сбора очищенной нефти 12, а очищенная вода поступает снова в сепаратор 5, механические примеси с помощью ВУПО 13 вновь направляются на вход сепаратора 5.

Одновременно из сепаратора 5 тяжелая фракция (например, песок) через ТУПО 14, выполненного, например, в виде конвейера, поступает в экстрактор 16, в который подается легкий растворитель из блока подачи растворителя 15. В качестве легкого растворителя может быть использован углеводородный растворитель (например, дизельное топливо).

В экстракторе 16, например, тарельчатого типа происходит контакт растворителя с тяжелыми частицами и экстрагирование тяжелых углеводородов (мазута, битума) легким растворителем.

На выходе из экстрактора 16 образуется легкая фракция (нефтепродукт), вода, поступающие вновь в сепаратор 5, а также песок, который, проходя через вторую акустическую систему 17, под воздействием колебаний, создаваемых ее излучателями, отмывается от нефтепродуктов и направляется с помощью ЧУПО 18 в устройство обработки ферментами 19, где ферменты, например соединения фосфора и азота, расщепляют тяжелые углеводороды на более простые, легко усваиваемые микроорганизмами. Применение таких соединений позволяет сократить время очистки.

Далее песок поступает на второй вход устройства биологической деструкции 20. В устройстве биологической деструкции 20 происходит разложение углеводородов на углекислый газ и воду.

Для обеспечения оптимальных условий деструкции углеводородов биоштаммами (микроорганизмами) необходимо поддержание оптимальной температуры (28-32^oС), влажности (90-95%), насыщать устройство 20 кислородом и питательными добавками.

Однако для исключения введения добавок извне осуществлена обратная связь с выхода УБД 20 через ПН 21, ПСА 22 и ТАС 23 (соответственно на 3-й и 4-й входы УВД 20).

Применение ТАС 23 позволяет получать питательную добавку для микроорганизмов в виде их же внутриклеточной жидкости, которая получается вследствие разрушения ультразвуком оболочек клеток микроорганизмов.

Внутриклеточная жидкость является высококалорийной питательной средой для микроорганизмов.

Таким образом, на выходе УБД 20 образуется очищенный песок, который выгружается с помощью УВОП 24.

Вода с выхода сепаратора 5, проходя через ПАФ 25, с помощью насоса подачи воды 26 поступает вновь на размыв шлама в МСПШ 1, причем ПАФ 25 осуществляет эффективную ее очистку, используя акустические колебания.

Водно-иловая суспензия с выхода сепаратора 5 с помощью насоса подачи водно-иловой суспензии 27 поступает на вход культиватора 28, где выращиваются микроорганизмы.

При этом культиватор 28 охвачен обратной связью с выхода через второй насос 30, вторую систему аэрации 31 и четвертую акустическую систему 32.

ВСА 31 служит для аэрации среды, подаваемой в культиватор 28, а ЧАС 32 разрушает высокочастотными колебаниями мембраны микроорганизмов, выделяя внутриклеточную жидкость, являющуюся питательной добавкой для микроорганизмов. Второй выход ВСА 31 подключен непосредственно на вход культиватора 28 для аэрации его среды.

С выхода культиватора вода с некоторой взвесью ила пропускается через акустический фильтр 29, где эффективно очищается от взвеси и может быть утилизирована как для отмыва шлама в МСПШ 1, а также слита в грунт.

Предложенное изобретение позволяет получить очищенную смесь нефтепродуктов, песок, влажностью не более 60%, а очищенную воду с содержанием взвешенных частиц размером не более 1-3 мкм, при минимальных затратах по сравнению с прототипом.

Промышленная реализация установки не представляет трудностей - все комплектующие ее производятся отечественной промышленностью.

Изобретение относится к области нефтеперерабатывающей промышленности и, в частности, может быть использовано для сбора и переработки нефтешламов и обезвреживания грунтов, ликвидации аварийных разливов нефти, нефтепродуктов, сбора и очистки грязной нефти, ловушечной нефти, донных осадков рек, озер от тяжелых углеводородов, донных отложений шламонакопителей на местах добычи и переработки нефти. Система для сбора, переработки нефтяных шламов и обезвреживания грунта содержит последовательно соединенные модуль сбора и перекачки шлама, фильтр, сепаратор. На вход фильтра подключен выход первого блока подачи эмульгатора, а выход фильтра соединен со входом накопителя крупных механических частиц. Выход сепаратора по легкой фракции соединен со входом в нагреватель, на вход которого подключены выход второго блока подачи деэмульгатора и выход блока подачи водяного пара. Выход двухфазной центрифуги соединен с входом трехфазного центробежного сепаратора, один выход которого соединен с входом емкости сбора очищенной нефти. Система имеет устройство обработки ферментами, выход которого сообщен с одним из входов устройства биологической деструкции. Выход сепаратора по водно-иловой суспензии с помощью насоса подключен на вход культиватора, на второй вход которого подключен выход второй системы аэрации. Один из входов сепаратора соединен с блоком подачи водяного пара. Выход по тяжелой фракции из нагревателя через первую акустическую систему подключен на вход двухфазной центрифуги. Два выхода экстрактора по воде и взвеси подключены на соответствующие входы сепаратора, а третий выход экстрактора по песку через вторую акустическую систему с помощью четвертого устройства подачи осадка сообщен со входом устройства обработки ферментами. Выход сепаратора по воде через первый акустический фильтр с помощью насоса подачи воды подключен ко входу модуля сбора и перекачки шлама, второй выход второй системы аэрации через четвертую акустическую систему подключен к третьему входу культиватора, а его выход через второй акустический фильтр подключен ко второму входу модуля сбора и перекачки шлама; второй выход трехфазного центробежного сепаратора с помощью второго устройства подачи осадка и третий выход трехфазного центробежного сепаратора подключены к соответствующим входам сепаратора. Технический эффект - комплексная очистка нефтешламов, замазученных грунтов, донных отложений как от легких, так и от тяжелых фракций с возможностью утилизации всех составляющих при увеличении степени очистки их и относительно невысоких затратах, а также уменьшении суммарного времени очистки. 1 ил.

Система для сбора, переработки нефтяных шламов и обезвреживания грунта, содержащая последовательно соединенные модуль сбора и перекачки шлама, фильтр, сепаратор, причем на вход фильтра подключен выход первого блока подачи эмульгатора, а выход фильтра соединен со входом накопителя крупных механических частиц, выход сепаратора по легкой фракции соединен со входом в нагреватель, на вход которого также подключен выход второго блока подачи деэмульгатора и выход блока подачи водяного пара; двухфазную центрифугу, один выход которой соединен с входом трехфазного центробежного сепаратора, один выход которого соединен с входом емкости сбора очищенной нефти; выход сепаратора по тяжелой фракции через третье устройство подачи осадка подключен ко входу экстрактора, на другие два входа которого подключены блок подачи водяного пара и блок подачи растворителя соответственно; устройство обработки ферментами, выход которого сообщен с одним из входов устройства биологической деструкции, а другой вход последнего соединен с выходом первой системы аэрации, вход которой первым насосом соединен с выходом устройства биологической деструкции, при этом выход устройства биологической деструкции подключен также на вход устройства вывода очищенного песка; выход сепаратора по водно-иловой суспензии с помощью насоса подачи водно-иловой суспензии подключен на вход культиватора, на второй вход которого по цепи обратной связи с его же выхода с помощью второго насоса подключен выход второй системы аэрации; один из входов сепаратора через приемное устройство сепаратора соединен с блоком подачи водяного пара, отличающаяся тем, что выход по тяжелой фракции из нагревателя через первую акустическую систему подключен на вход двухфазной центрифуги; два выхода экстрактора по воде и взвеси подключены на соответствующие входы сепаратора, а третий выход экстрактора по песку через вторую акустическую систему с помощью четвертого устройства подачи осадка сообщен со входом устройства обработки ферментами; выход сепаратора по воде через первый акустический фильтр с помощью насоса подачи воды подключен ко входу модуля сбора и перекачки шлама; второй выход второй системы аэрации через четвертую акустическую систему подключен к третьему входу культиватора, а его выход через второй акустический фильтр подключен ко второму входу модуля сбора и перекачки шлама; второй выход трехфазного центробежного сепаратора с помощью второго устройства подачи осадка и третий выход трехфазного центробежного сепаратора подключены к соответствующим входам сепаратора.