СПОСОБ ОТБОРА КИСЛОГО ГУДРОНА ИЗ ЗЕМЛЯНОЙ КАРТЫ Российский патент 2003 года по МПК C10G17/10 C10C3/00 

Изобретение относится к переработке промышленных отходов, в частности к переработке кислых гудронов. Кислые гудроны являются отходами II класса опасности при существующей технологии переработки и получения различного типа нефтяных масел, например медицинского, трансформаторного, индустриальных масел ИЛС-5, ИЛС-10. Процесс получения указанных масел связан с обработкой нефтепродуктов концентрированной серной кислотой или олеумом.

Начиная с 1937 г., кислые гудроны складируются в земляных хранилищах открытого типа - земляных картах.

Отрицательное воздействие кислого гудрона, находящегося на хранении в земляных картах, на почву, атмосферу, подземные воды огромно. Но в некоторых случаях, например в бассейне реки Волги, их воздействие может превратиться в экономическую катастрофу, если в результате переполнения их атмосферными осадками произойдет перелив кислых гудронов в реку Волгу.

Многочисленные исследования в области переработки кислых гудронов из земляных карт сталкивались в первую очередь с огромной сложностью отбора придонного кислого гудрона из земляной карты и в результате этого до настоящего времени остались на стадии научных исследований и лабораторных испытаний.

Поскольку в кислом гудроне присутствует значительное количество серной кислоты, которое непосредственно контактирует с нефтепродуктами в течение 30-60 лет, идет постоянное изменение молекулярного веса и структурного состава кислых гудронов. Вязкость кислых гудронов постоянно изменяется и превращает гудрон со временем в густую малоподвижную массу, обладающую всеми свойствами неньютоновских жидкостей (тиксотропия, дилатантность).

Единственно освоенные методы отбора придонного кислого гудрона из земляной карты - ковш подвижного крана. Такой способ отбора кислого гудрона осуществляется на установках переработки кислого гудрона типа "Леко", "Бомаг".

Известны способы отбора кислого гудрона из земляных карт, прудов и специальных открытых резервуаров, которые характеризуются различными видами разогрева кислого гудрона. Эти способы не позволяют решать задачу непрерывного отбора и переработки кислого гудрона SU 1641862 А1, 20.12.1998, SU 1518353 A1, 30.10.1989 RU 2144054 С1, 10.01.2000, CN 1193654 А, 23.09.1998, US 5347069 А, 13.09.1992).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ отбора кислого гудрона, разработанного институтом неорганической химии и электрохимии. Этот способ выбран нами в качестве прототипа. Однако способ не позволяет создать достаточно экологичный способ непрерывной переработки кислого гудрона и осуществлять интенсификацию способа (SU 1754765 A1, 14.02.1992).

С целью усовершенствования отбора кислого гудрона из земляной карты, разработки непрерывного способа переработки кислого гудрона, нами разработан способ отбора кислого гудрона из земляной карты.

Указанная цель достигается тем, что в способе отбора кислого гудрона из земляной карты, включающем его разогрев, в придонный слой кислого гудрона погружают кессонную камеру, заполняют ее кислым гудроном, разогревают кислый гудрон в кессонной камере до температуры 40-85^oС за счет теплоносителя и откачивают разогретый кислый гудрон из кессонной камеры в резервуар, при этом теплоносителем разогрева кислого гудрона в кессонной камере является нагретый до температуры 70-95^oС кислый гудрон и отношение количества кислого гудрона, откачиваемого из кессонной камеры в резервуар, к количеству разогретого кислого гудрона, подаваемого в кессонную камеру, находится в пределах 1,1-1,9.

Указанная цель достигается еще и тем, что источником тепла для теплоносителя, разогретого в резервуаре кислого гудрона, являются дымовые газы, полученные за счет сжигания смеси гудронного масла с воздухом в печном реакторе.

В предлагаемом способе отбора кислого гудрона из земляной карты большое значение для эффективности способа имеет отношение кислого гудрона, отбираемого из кессонной камеры с температурой 40-85^oС (G₀), к количеству нагретого до температуры 70-95^oС кислого гудрона, подаваемого в кессонную камеру (G_p), которое находится в пределах 1,1-1,9, а также расход гудронного масла (G_т), которое сжигается в смеси с воздухом в печном реакторе для образования дымовых газов, используемых для разогрева кислого гудрона в резервуаре до температуры 70-95^oС, который лежит в пределах 60-90 кг/ч на 1 тонну отбираемого разогретого кислого гудрона.

Необходимо отметить, что разница между количеством кислого гудрона, отбираемого из кессонной камеры, и количеством нагретого кислого гудрона, подаваемого в кессонную камеру, - ΔG является количеством кислого гудрона, соответствующим в дальнейшем производстве количеству гудронного масла
ΔG=G₀-G_p,
а отношение расхода гудронного масла G_т/ΔG является удельным расходом гудронного масла (характеристика, по которой оценивали эффективность способа отбора кислого гудрона).

Второй характеристикой для оценки эффективности является суммарный расход электроэнергии на насосы и вентилятор (W).

Удельный расход электроэнергии определили по формуле
Δq=W/ΔG.

На чертеже приведена принципиальная технологическая схема, на которой осуществляется способ отбора кислого гудрона из земляной карты.

Установка для отбора кислого гудрона из земляной карты 1 включает погруженную в придонный слой кислого гудрона кессонную камеру 2, закрепленную на платформе с понтонами. Кессонная камера оборудована размывным устройством 3, через которое в кессонную камеру подается теплоноситель - горячий кислый гудрон, и заборным патрубком 4, с помощью которого из кессонной камеры отбирается разогретый кислый гудрон. Подача и откачка кислого гудрона в кессонной камере осуществляется с помощью кислотостойких насосов 5 и 6 через фильтр 7 и резервуар 8. Резервуар 8 для подогрева кислого гудрона оборудован теплообменником 9, через который проходят дымовые газы с температурой 600^oС.

Дымовые газы образуются в топке 10 при сжигании гудронного масла (продукта переработки кислого гудрона) в смеси с воздухом. Топка (печной реактор) 10 выполнена в виде цилиндрического металлического корпуса, который изнутри футерован кислоупорным материалом. На передней торцевой крышке топки установлена механическая форсунка 11 для распыления гудронного масла, которое подается насосом 12 из емкости 13, обогреваемой теми же дымовыми газами. Во время пуска установки подогрев гудронного масла осуществляется с помощью термоэлектрических нагревателей. Воздух на горение гудронного масла нагнетается в топку с помощью вентилятора 14. В конце камеры горения топка оборудована тангенциальным патрубком 15 для подачи воздуха на разбавление (охлаждение) дымовых газов до требуемой температуры. Дымовые газы после технологического использования выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

Описание способа отбора кислого гудрона приведено в следующих примерах:
Пример 1 (контрольный)
Кессонную камеру 2 объемом 1 м³ (см. чертеж) погружают в гудронный слой земляной карты (пруд-шлаконакопитель 1), который заполняет ее через отверстие в днище кессонной камеры в количестве 0,8 м³. Кессонная камера устойчиво удерживается на поверхности земляной карты с помощью понтонов. Из резервуара 8, в котором содержится разогретый до температуры 98^oС кислый гудрон, в кессонную камеру откачивается насосом 5 с производительностью 10 т/ч разогретый кислый гудрон (теплоноситель). При достижении температуры кислого гудрона в кессонной камере 88^oС включают насос 6, который откачивает кислый, нагретый до 88^oС гудрон в резервуар 8 через отборник 4 и фильтр 7 в количестве 10,5 т/ч. Кислый гудрон в резервуаре 8 подогревается через теплообменник 9, за счет движения дымовых газов, нагретых до температуры 600^oС, которые получают в топке 10 (печной реактор). В топке 10 сжигают смесь гудронного масла в количестве 60 кг/ч в смеси с воздухом в количестве 2000 м³/ч. Воздух поступает в топку за счет работы вентилятора 14. Часть воздуха в количестве 1070 м³/ч идет на разбавление (охлаждение) дымовых газов через тангенциальный патрубок 15. Гудронное масло подают в топку через форсунку 11 из отдельного резервуара 13 насосом 12, где оно подогревается до температуры 140^oС теплообменником. Дымовые газы после использования и анализа через печную трубу выбрасываются в атмосферу. Общее количество дымовых газов 3100 м³/ч. В примере 1 расчетное отношение количества кислого гудрона, откачиваемого из кессонной камеры, к количеству кислого гудрона, поступающего в кессонную камеру из резервуара 8 равно 1,05. При этом удельный расход (см. таблицу) гудронного масла (50 кг/0,5 т) составил величину 100 кг/т, удельный расход электроэнергии 62 кВт•ч/т. Это очень высокие удельные электроэнергии гудронного масла и низкая производительность отбора нагретого кислого гудрона (0,5 т/ч) - пример соответствует запредельному значению соотношения при высокой температуре отбираемого из кессонной камеры кислого гудрона (88^oС).

Опыт повторили (пример 2-8), увеличивая количество нагретого кислого гудрона, отбираемого из кессоной камеры, при постоянном количестве кислого гудрона, подаваемого в кессонную камеру, и постоянных расходах смеси гудронного масла и воздуха в топке для получения дымовых газов, изменяя соотношение G₀/G_p от 1,1 до 1,65.

При этом температура кислого гудрона, подаваемого в кессонную камеру, изменилась от 95 до 62^oС. Естественно, что удельный расход электроэнергии при этом увеличили до 74 (пример 8), что вызвало необходимость изменения параметров горения (количества гудронною масла и воздуха) - примеры 9-12 (см. таблицу).

Примерами показано, что увеличение расхода гудронного масла с 60 до 90 кг/ч и увеличение воздуха на горение и разбавление до 4500 м³/ч приводит к повышению температуры кислого гудрона, подаваемого в кессонную камеру (70-83^oС), и повышению температуры кислого гудрона, отбираемого из кессонной камеры 50-40^oС. При этом соотношение G_о/G_p поднялось до величины 1,9.

Удельная величина расхода гудронного масла 10 кг/т, а удельный расход электроэнергии 17-27 кВт•ч/т, что подтверждает высокую эффективность способа отбора кислого гудрона. Дальнейшее увеличение количества кислого гудрона, отбираемого из кессонной камеры (пример 13-15), даже при увеличении расхода количества гудронного масла в смеси с воздухом в топке для получения дымовых газов, приводило к падению температуры кислого гудрона, отбираемого из кессонной камеры (35-36^oС), понижению температуры кислого гудрона, откачиваемого в кессонную камеру (68-65^oС), и резкому повышению удельных расходов электроэнергии 64-76 кBт•ч/т.

Использование: нефтехимическая отрасль промышленности. Сущность: кислый гудрон отбирают из земляной карты через кессонную камеру, в которой, после ее заполнения придонным кислым гудроном, кислый гудрон разогревают до 40-85^oС за счет теплоносителя - нагретого до температуры 70-95^oС кислого гудрона и откачивают разогретый кислый гудрон из кессонной камеры, при этом соотношение количества кислого гудрона, откачиваемого из кессонной камеры в единицу времени, к количеству кислого гудрона, подаваемого в кессонную камеру как теплоносителя, находится в пределах 1,1-1,9, а источником тепла для теплоносителя являются дымовые газы, полученные за счет сжигания гудронного масла с воздухом. Технический результат: снижение энергозатрат, повышение производительности процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ отбора кислого гудрона из земляной карты, включающий его разогрев, отличающийся тем, что в придонный слой кислого гудрона погружают кессонную камеру, заполняют ее кислым гудроном, разогревают кислый гудрон в кессонной камере до 40-85^oС за счет теплоносителя и откачивают разогретый кислый гудрон из кессонной камеры в резервуар, при этом теплоносителем разогрева кислого гудрона в кессонной камере является нагретый до 70-90^oС кислый гудрон и отношение количества кислого гудрона, откачиваемого из кессонной камеры в резервуар, к количеству разогретого кислого гудрона, подаваемого в кессонную камеру, находится в пределах 1,1-1,9. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что источником тепла для теплоносителя - разогретого в резервуаре кислого гудрона являются дымовые газы, полученные за счет сжигания смеси гудронного масла с воздухом в печном реакторе.