УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОТОКА ОТХОДОВ Российский патент 2013 года по МПК B01D3/00 C02F1/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к новой конструкции оборудования для обработки потоков отработанных материалов, в особенности отработанных щелочных материалов, получаемых в процессах очистки и переработки нефти. В отличие от процессов обработки предшествующего уровня, в которых используется несколько отдельных колонн, в настоящем изобретении осуществляется процесс глубокой нейтрализации или глубокого закисления, в котором используется одна вертикальная колонна, разделенная по меньшей мере на три различимые зоны: зона перемешивания, зона отстоя и зона массообмена.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В процессах очистки и переработки нефти продукты конверсии углеводородов часто очищают раствором каустической соды. Например, в процессах нефтепереработки при такой очистке удаляется сероводород и диоксид углерода, прежде всего в форме сульфида натрия, карбоната натрия и бикарбоната натрия, а также удаляются некоторые высокомолекулярные углеводородные компоненты. Раствор каустической соды может использоваться для удаления нафтеновой кислоты и других органических кислот, а также других сернистых соединений из продуктов крекинга нефти и нефтяного дистиллята. Однако, поскольку щелочные растворы очень вредны для органических тканей, необходимо соблюдать крайнюю осторожность при использовании и удалении отработанных щелочных растворов для защиты рек, подземных водных пластов и т.п. Такие отработанные щелочные растворы часто непригодны для непосредственной обработки на станциях биологической очистки отработанных потоков ввиду высокой величины рН и недопустимо высоких уровней биохимической потребности в кислороде, химической потребности в кислороде и общего количества органического углерода.

Было предложено несколько способов удаления отработанного щелочного материала. Среди них - окисление влажным воздухом, химическое окисление и сжигание. В каждом из указанных процессов для полной обработки необходимо большое количество единиц различного оборудования. Такие процессы требуют больших капитальных вложений, поскольку в них используется группа отдельных технологических аппаратов. Кроме того, осуществление таких способов требует больших площадей для размещения многочисленных отдельных единиц оборудования. Настоящее изобретение направлено на решение указанных проблем путем осуществления процесса обработки в единственной вертикальной колонне, которая разделена по меньшей мере на три зоны процесса. Такая установка и соответствующий процесс представляют собой необычайно экономичный способ обработки потоков отработанных материалов, в частности отработанного щелочного материала, и, соответственно, обеспечивают существенное сокращение капитальных вложений и эксплуатационных расходов. Эти и другие достоинства и преимущества станут очевидными из нижеприведенного подробного описания изобретения.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к установке для комплексной обработки потоков отходов, содержащей вертикальную колонну, внутренний объем которой разделяется по меньшей мере на три зоны: зону перемешивания, зону отстоя и зону массообмена. В колонне имеется входное отверстие для введения потока отходов, таких как отработанный щелочной материал, в зону перемешивания, в которой отходы перемешиваются с нейтрализующим материалом, таким как сильная кислота, например серная кислота. Нейтрализующий материал может быть добавлен непосредственно в линию введения потока отходов перед входным отверстием или же подается в зону перемешивания по отдельной линии. В установке имеется выходное отверстие для отвода газов, которое сообщается с зоной перемешивания для отвода N₂, H₂S, RSH и легких углеводородов. Для отвода выделенных кислых масел, таких как нафтеновые кислоты, дисульфидное масло, крезиловые кислоты и захваченные углеводороды, используется выходное отверстие для потока органического материала, сообщающееся с зоной отстоя. Из зоны отстоя жидкость подается по линии в зону массообмена, и из зоны массообмена пары передаются по линии в зону отстоя. С зоной массообмена сообщается входное отверстие для инертного газа, используемого для отделения присутствующих кислых газов. И наконец, обработанные отходы удаляются через выходное отверстие, сообщающееся с нижней частью зоны массообмена.

К достоинствам настоящего изобретения относятся: снижение капитальных вложений за счет минимизации длины трубопроводов, использования лишь одной колонны, уменьшения объема контрольно-измерительной аппаратуры и времени поставки одного комплекта оборудования. Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут более понятными из нижеприведенного подробного описания предпочтительного варианта его осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фигуре 1 схематически представлен один из возможных вариантов установки для обработки потока отходов в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как уже указывалось, настоящее изобретение относится к установке, которая используется для обработки потока отходов, предпочтительно для нейтрализации отработанного щелочного материала. Один из вариантов предлагаемой в изобретении установки иллюстрируется на прилагаемой фигуре 1.

На фигуре 1 показана вертикальная колонна или резервуар 1, который разделяется по меньшей мере на три зоны обработки. Зона 2 - это зона перемешивания, в которой поток отходов, подлежащих обработке, тщательно перемешивается с нейтрализующим материалом. Как уже указывалось, предпочтительное применение предлагаемой в настоящем изобретении установки относится к обработке или нейтрализации отработанного щелочного материала, поступающего из одного или нескольких процессов по очистке и переработке нефти. Ниже дается описание одного из вариантов осуществления изобретения, в котором в качестве примера используется обработка именно таких отходов. Поток отработанного щелочного материала поступает в резервуар 1 через входное отверстие 5 и далее в зону 2 перемешивания. Отработанный щелочной материал обычно содержит от 1 вес.% до 10 вес.% NaOH, от 0 вес.% до 4 вес.% сульфидов и бисульфидов, от 0 вес.% до 4 вес.% меркаптидов, таких как сера, от 0 вес.% до 4 вес.% карбонатов, таких как СО₃, от 0 вес.% до 5 вес.% крезиловых кислот. В зону 2 перемешивания также добавляется нейтрализующий материал предпочтительно путем введения его непосредственно в поток отходов перед входным отверстием 5 по линии 6 для нейтрализующего материала. Может использоваться дополнительно статический смеситель (не показан) для предварительно перемешивания щелочного и нейтрализующего материалов. Количество вводимого нейтрализующего материала может регулироваться с использованием любых средств, известных в технике, однако наиболее подходящим способом, как показано на фигуре 1, является использование измерителя 12 уровня рН раствора в зоне 2 перемешивания и сравнение полученных данных с уровнем рН раствора в зоне 3 отстоя. Если уровень рН выше требуемой величины, то в зону 2 перемешивания добавляется дополнительное количество нейтрализующего материала.

Внутри зоны 2 перемешивания имеется по меньшей мере одно устройство для тщательного перемешивания потока отходов и нейтрализующего материала. Если поток отходов, подлежащих обработке, является отработанным щелочным материалом, то предпочтительным нейтрализующим материалом является сильная кислота, такая как, например, серная кислота, однако могут использоваться и другие кислоты, например соляная кислота. Количество нейтрализующего материала, перемешиваемого с потоком отходов, выбирается таким образом, чтобы обеспечивалось существенное снижение уровня рН раствора, чтобы можно было осуществить удаление примесей с помощью физических средств. Если используется серная кислота, то ее добавляют предпочтительно непосредственно в поток отработанного щелочного материала перед входным отверстием 5. Как показано на фигуре 1, в качестве перемешивающего устройства предпочтительно используется лопастная мешалка, однако могут использоваться и другие устройства, известные в технике, например газовый смеситель. Время нахождения в зоне 2 перемешивания выбирается таким образом, чтобы происходило надлежащее перемешивание кислоты с отходами, обеспечивающее однородность рН по всей зоне и 100% нужных реакций. Если в потоке отходов присутствуют летучие углеводороды или другие газообразные соединения, то они будут удаляться через выходное отверстие 21 с использованием продувочного газа, как это описывается ниже.

Часть смеси, находящейся в зоне 2, непрерывно выводится через вертикальную трубу 8 и подается в зону 3 отстоя. В этой зоне осуществляется отделение органических материалов от водных компонентов с использованием любых известных механических разделительных устройств, например с помощью разделительных перегородок, показанных на фигуре 1. Поскольку плотность органической фазы меньше плотности водной фазы, то она может быть отделена декантированием и удалена из резервуара 1 через отверстие 9 вывода органического материала. Если поток отходов, подлежащих обработке, представляет собой поток отработанных щелочных материалов, то органическая фаза состоит прежде всего из кислых масел, таких как, например, нафтеновые кислоты, дисульфидное масло, крезиловые кислоты или захваченные углеводороды. Водная фаза в зоне 3 отстоя состоит прежде всего из кислого рассола, содержащего соли натрия, и удаляется по линии 10 с подачей в верхнюю часть зоны 4 массообмена, в которой кислотные газы выводятся из рассола инертным газом, таким как азот. Зона 4 массообмена может содержать любое количество известных наполняющих материалов или систему лотков, обеспечивающих отделение кислого рассола от водного раствора. Через входное отверстие 18 инертный газ, такой как азот, вводится в нижнюю часть зоны 4 массообмена, где его поток имеет направление, противоположное направлению потока водной фазы. Инертный газ используется для выделения H₂S, CO₂ и других газов из водной фазы с последующим удалением по линии 19, где он используется в качестве продувочного газа в зоне 3 отстоя и затем выводится по линии 20. Продувочный газ из линии 20 вводится в верхнюю часть зоны 2 перемешивания, после чего выводится из резервуара 1 через выходное отверстие 21.

После отделения кислых газов водная фаза выводится из резервуара 1 по линии 11 и окончательно удаляется из процесса по линии 14 для захоронения, уничтожения или обезвреживания с использованием известных способов. В другом варианте, как показано на фигуре 1, часть водной фазы из линии 11 возвращается с помощью насоса 13 по линии 15 обратно в зону 4 массообмена. Если осуществляется возврат в установку части водной фазы, то желательно добавить второй нейтрализующий материал, такой как, например, NaOH или KОН, по линии 16 с использованием статического смесителя 17, как показано на фигуре 1, для осуществления перемешивания. Для регулирования количества добавляемого второго нейтрализующего материала, могут использоваться встроенные в линию измерители рН водной фазы, выходящей из зоны 4 массообмена по линии 11, и измеренные величины рН сравниваются с величиной рН возвращаемого потока, измеренной после (по направлению потока) смесителя 17.

Рабочие температуры при осуществлении процесса в резервуаре 1 находятся в диапазоне от примерно 80°С до примерно 130°С, более предпочтительно от примерно 90°С до примерно 110°С. Внутреннее давление в резервуаре 1 может быть в диапазоне от примерно 3 атмосфер до примерно 10 атмосфер (избыточное давление).

Вышеприведенное описание конкретных вариантов осуществления изобретения в полной степени раскрывает его общие принципы, так что специалисты в данной области, используя полученную информацию, могут легко модифицировать и/или адаптировать для различных применений рассмотренные конкретные варианты без выхода за пределы общей идеи изобретения, и поэтому следует считать, что такие модификации или адаптации охватываются содержанием и объемом раскрытых вариантов. Следует понимать, что терминология или формулировки, используемые в настоящем описании, служат целям описания и не могут рассматриваться как ограничения.

Устройства, материалы и стадии, обеспечивающие реализацию различных описанных функций, могут иметь различные альтернативные формы без выхода за пределы объема изобретения. Таким образом, выражение "устройство для..." или другие выражения в отношении способов, используемые в вышеприведенном описании или в нижеприведенной формуле, после которых следует указание функции, предназначены для описания и общего указания структурных, физических, химических или электрических элементов или стадий способа, известных в настоящее время или могущих стать известными в будущем, которые обеспечивают выполнение указанной функции, вне зависимости от того, являются ли они точными эквивалентами вариантов, рассмотренных в настоящем описании, то есть могут использоваться другие устройства или стадии для выполнения указанной функции, и предполагается, что такие выражения, указанные в нижеприведенной формуле, должны пониматься в самом широком их смысле.

Изобретение относится к обработке потоков отработанных материалов. Изобретение касается установки комплексной обработки потоков жидких отходов, содержащей: а) вертикальную колонну, внутренний объем которой разделен по меньшей мере на три зоны: зону перемешивания, зону отстоя и зону массообмена; b) входное отверстие для потока отходов, сообщающееся с зоной перемешивания; с) выходное отверстие для газа, сообщающееся с зоной перемешивания; d) выходное отверстие для потока органического материала, сообщающееся с зоной отстоя, для удаления из установки органической фазы; е) линию передачи жидкости, соединяющую зону отстоя с зоной массообмена для передачи водной фазы из зоны отстоя в зону массообмена; f) линию для паров, соединяющую зону массообмена с зоной отстоя; g) входное отверстие для инертного газа, сообщающееся с зоной массообмена; и h) выходное отверстие для обработанных отходов, сообщающееся с зоной массообмена с возможностью прохождения жидкого материала. Технический результат - сокращение капитальных вложений и эксплуатационных расходов. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка комплексной обработки потоков жидких отходов, содержащая:
a) вертикальную колонну, внутренний объем которой разделен по меньшей мере на три зоны: зону перемешивания, зону отстоя и зону массообмена;
b) входное отверстие для потока отходов, сообщающееся с зоной перемешивания;
c) выходное отверстие для газа, сообщающееся с зоной перемешивания;
d) выходное отверстие для потока органического материала, сообщающееся с зоной отстоя, для удаления из установки органической фазы;
e) линию передачи жидкости, соединяющую зону отстоя с зоной массообмена для передачи водной фазы из зоны отстоя в зону массообмена;
f) линию для паров, соединяющую зону массообмена с зоной отстоя;
g) входное отверстие для инертного газа, сообщающееся с зоной массообмена; и
h) выходное отверстие для обработанных отходов, сообщающееся с зоной массообмена с возможностью прохождения жидкого материала.

2. Установка комплексной обработки по п.1, отличающаяся тем, что входное отверстие для потока отходов сообщается с линией для нейтрализующего материала с возможностью прохождения жидкого материала.

3. Установка комплексной обработки по п.1, отличающаяся тем, что в зоне перемешивания имеется устройство для перемешивания жидкого материала, введенного в зону перемешивания через входное отверстие для потока отходов.

4. Установка для комплексной обработки по п.3, отличающаяся тем что устройство перемешивания выбирают из группы, состоящей из крыльчатки с приводом, газового смесителя, статического смесителя и их сочетаний.

5. Установка для комплексной обработки по п.1, отличающаяся тем, что зона отстоя содержит одну или несколько разделительных перегородок, способствующих разделению водной и органической фаз.

6. Установка для комплексной обработки по п.1, отличающаяся тем, что с зонами перемешивания и отстоя сообщается по меньшей мере один датчик рН для содействия регулированию количества добавляемого нейтрализующего жидкого материала по линии подачи нейтрализующего материала и во входное отверстие потока отходов.

7. Установка для комплексной обработки по п.1, отличающаяся тем, что зона массообмена устроена как колонна для отгона легких фракций.

8. Установка для комплексной обработки по п.1, отличающаяся тем, что зона массообмена содержит наполняющий материал или один или несколько лотков.

9. Установка для комплексной обработки по п.1, отличающаяся тем, что зона массообмена имеет входное отверстие для рециркулируемого потока, через которое поток обработанных отходов возвращается с выхода потока обработанных отходов.