СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ НЕФТЕШЛАМОВ В ГИДРАТИРОВАННОЕ ТОПЛИВО Российский патент 2014 года по МПК C10L1/32 B01F3/08 C02F11/00 C02F103/34 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к технологическим процессам обработки нефтесодержащих шламов, и может быть использовано для переработки и утилизации нефтешламов и других отходов переработки нефти с целью получения гидратированного топлива.

Гидратированное топливо представляет собой стабильную эмульсию, в которой вода находится в ультрадисперсном состоянии и капли воды равномерно распределены по объему эмульсии

Проблема рациональной переработки нефтесодержащих отходов является одной из злободневных на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии. По данным многочисленных исследований считается, что при объеме переработки 1 млн. тонн нефти образуется в зависимости от сложности и совершенства технологической цепочки от 1 до 7 тыс. тонн нефтеотходов. На отдельных НПЗ в результате многолетней работы скопилось от 100 до 500 тыс. тонн обводненных нефтепродуктов, требующих утилизации.

Известна установка и способ переработки жидких шламов (патент РФ №2276107, опубликованный 10.05.2006). Способ заключается в том, что на первом этапе подают нагретый шлам на вибросито и отделяют механические примеси размером более 0,15 мм. Второй этап - подача очищенного от крупных фракций шлама на пескоотделитель (гидроциклон) и отделение механических примесей размером более 0,05 мм. Третий этап - подача нефтесодержащей жидкости на илоотделитель (гидроциклон) и отделение механических примесей размером более 0,03 мм. В зависимости от степени загрязнения очистка производится в один, два и более циклов. Установка содержит приемную и отстойную емкости с трубчатыми паровыми регистрами. Блок очистки включает вибросито, пескоотделитель, илоотделитель.

Известен способ получения топлива (патент РФ №2256695, опубликованный 20.07.2005) из нефтяных остатков и углеводородного компонента путем подогрева их, очистки от механических примесей, последующего смешивания в турбулентном режиме таким образом, чтобы углеводородный компонент был распределен в объеме нефтяного остатка при факторе однородности не менее 0,5. При этом температура смешивания нефтяного остатка и углеводородного компонента отличается друг от друга не более чем на 10°C. Продукт смешивания затем подвергают гомогенизации в роторно-механическом диспергаторе так, чтобы максимальный размер частиц дисперсной фазы не превышал 50 мкм при среднем размере 1-15 мкм с последующим вводом в объем гомогенизированной смеси воды или водосодержащего компонента в турбулентном режиме с распределением их в объеме смеси при факторе однородности не менее 0,5 и при температуре потоков, различающихся друг от друга не более чем на 10°C, гомогенизацией, предпочтительно в роторно-механическом диспергаторе, так, чтобы максимальный размер частиц воды в готовом топливе не превышал 50 мкм при среднем размере 1-15 мкм.

Берут мазут М-40, отработанное минеральное масло, некондиционное дизельное топливо и техническую воду. Каждый компонент по отдельности подвергают разогреву, фильтрации и дозированию. Мазут, отработанное масло и дизельное топливо, отфильтрованные от механических примесей и нагретые до температуры около 90°C (±5°C), в массовом соотношении 1:1:1 подают в узел подготовки сырьевой смеси, где происходит их смешивание в турбулентном режиме при распределении отработанного масла в объеме мазута при факторе однородности 0,92 и гомогенизация в роторно-механическом диспергаторе до достижения максимального размера частиц дисперсной фазы 30 мкм при среднем их размере 3-10 мкм. Затем полученную гомогенную смесь подают в узел смешивания и гомогенизации, куда также подают СОЖ после предварительной подготовки (разогрева до 90°C и фильтрации) в количестве 40% масс. В этом узле происходит гомогенизация смеси в роторно-механическом диспергаторе до максимального размера частиц воды в готовом топливе 30 мкм при среднем размере ее частиц 3-10 мкм и факторе однородности 0,92.

В результате получают высокодисперсное КВМТ, обладающее высокой стабильностью к расслоению при длительном хранении (не менее 30 суток).

Известен способ переработки нефтешламов для промышленного использования (патент РФ 2276658, опубликованный 20.05.2006), включающий фильтрование нагретого нефтешлама, выделение трех фаз нефтепродукта, воды и механических примесей, обработку деэмульгатором и отстаивание, обработку нефтешлама осуществляют ультразвуковым кавитационным устройством, при этом паром нагревают нефтешлам до 60-90°C и с помощью насоса создают давление в ультразвуковом кавитационном устройстве до 6 кг/см², которое позволяет создавать ультразвук с частотой 20-50 кГц /время обработки 2,5 часа/, которым производят трехкратную обработку смеси нефтешлама с деэмульгатором, в количестве 2000 г/тонну, для использования в качестве топлива для котельных агрегатов, а также в количестве 4000 г/тонну для использования в качестве сырья для установки подготовки товарной нефти. При этом производят отстой нефтешлама в течение 24 часов для использования его в качестве топлива, где после отстоя образуется нефтешлам с содержанием воды менее 10%, а после отстоя нефтешлама в течение 48 часов получают нефтепродукт с содержанием воды менее 1% и нефти до 500 мг/л. Дополнительно частично обезвоженный нефтешлам с содержанием воды 10% используют как котельное топливо и трехкратно обрабатывают в ультразвуковом кавитационном устройстве с давлением 20 кг/см² и частотой 100-200 кГц /время обработки 3,5 часа/.

Температура обработки 60-90 град, трехкратная обработка, давление 6 кг/см², расход деэмульгатора 2000-4000 г/т, время отстоя 24-48 часов.

Задачей изобретения является получение из нефтешлама гидратированного топлива с равномерным распределением капель воды по объему топливной эмульсии и достижения размеров капель воды не более 15 мкм.

Техническим результатом от использования разработанного способа является повышение стабильности эмульсии гидратированного топлива.

Способ заключается в нагреве нефтешлама, очистке нагретого нефтешлама, подаче в рабочую емкость полученной смеси углеводородов с водой, разделении по крайней мере на два потока и непрерывной подачей потоков на гомогенизацию с разницей величины расхода одного из потоков по отношению к другому не менее 1,5. Гомогенизацию проводят в виброкавитационном гомогенизаторе с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором, при удельном расходе смеси не более 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с, при этом обработку в виброкавитационном гомогенизаторе проводят троекратно: первичную обработку в виброкавитационном гомогенизаторе ведут до полученния топливной эмульсии гидратированного топлива с размером капель воды не более 15 мкм, повторные обработки проводят до получения капель воды с размером не более 5 мкм.

Сущность способа заключается в том, что осуществляют подогрев нефтешлама до температуры 60-95°C, очистку путем фильтрации с помощью вибросита с размером ячеек 1-4 мм, отделение песка в гидроциклоне и подачу полученной смеси углеводородов с водой в рабочую емкость. Из рабочей емкости смесь разными потоками с разным расходом по двум трубам из разных мест емкости (чтобы ослабить действие линзовых включений воды, обеспечить качественное эмульгирование) непрерывно подается в виброкавитационный гомогенизатор с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором. При этом происходит эмульгирование смеси углеводородов и воды с получением эмульсии гидратированного топлива. Эмульсия возвращается в рабочую емкость с последующим направлением в виброкавитационный гомогенизатор. Удельный расход смеси углеводородов при прохождении через виброкавитационный гомогенизатор составляет не более 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду при скорости вращения последнего не менее 20 м/с.Топливная эмульсия пропускается через виброкавитационный гомогенизатор не менее трех раз.

Использование виброкавитационного гомогенизатора, с перечисленными выше параметрами, позволяет получить стабильные эмульсии на основе тяжелых топлив и нефтешламов с размером капель, равномерно распределенных по объему эмульсии гидратированного топлива. Получают эмульсии топлива, устойчивые в течение не менее трех месяцев. Получаемые таким способом эмульсии обеспечивают стабильную работу котлоагрегатов при содержании воды до 50%. При применении эмульсии гидратированного топлива наблюдается существенное улучшение экологических характеристик работы котлоагрегатов благодаря значительному снижению окислов азота и практически полному устранению дымления

С целью корректировки рецептуры в виброкавитационный гомогенизатор одновременно с обрабатываемой смесью углеводородов могут дополнительно подаваться углеводородные компоненты как с малой вязкостью, так и с малым содержанием воды, например мазут

С целью улучшения эксплуатационных характеристик рецептуры гидратированного топлива в виброкавитационный гомогенизатор одновременно с обрабатываемой смесью углеводородов с водой могут подаваться различные присадки, например: регуляторы горения, поверхностно-активные вещества и др.

В виброкавитационный гомогенизатор подают одновременно с обрабатываемой смесью углеводородов сточные воды, содержащие нефтепродукты.

Разработанный способ переработки жидких нефтешламов в гидратированное топливо поясняется примерами.

Пример 1. Нефтешлам (вязкость кинематическая по ГОСТ 33-2000 составляет 115 сСт, содержание воды 50% масс.) нагревают до 70°C, подвергают очистке через сетку с ячейками размером 1 мм и гидроциклон, смесь углеводородов с водой направляют в рабочую емкость и далее разделяют на два потока, которые подают с расходом 4 и 6 м³ в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора 20 м/с и удельным расходом через виброкавитационный гомогенизатор 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду. Процесс эмульгирования осуществляют в 3 прохода. После каждого прохода контролируется размер капель воды. После первого прохода максимальный размер капель 15 мкм, а после второго и третьего - 5 мкм. После трех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 10 мкм, что позволяет использовать гидратированное топливо как котельное топливо.

Пример 2. Нефтешлам (вязкость кинематическая по ГОСТ 33-2000 составляет 180 сСт, содержание воды 40% масс.) нагревают до 95°C. Фильтруют через сетку с ячейками размером 1 мм и далее пропускают через гидроциклон, после чего смесь углеводородов направляют в рабочую емкость и далее разделяют на два потока, которые подают с расходом 4 и 7 м³ в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора 20 м/с и удельным расходом через виброкавитационный гомогенизатор 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду. Процесс эмульгирования осуществляют в 3 прохода. После каждого прохода контролируется размер капель воды. После первого прохода максимальный размер капель 15 мкм, а после второго и третьего - 5 мкм. После трех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 8 мкм.

Пример 3. Нефтешлам (вязкость кинематическая по ГОСТ 33-2000 составляет 115 сСт, содержание воды 50% масс.) нагревают до 70°C, вводят равное по массе количество нагретого до 70°C мазута М-100. Получается смесь с содержанием воды 25% масс., которую направляют в рабочую емкость и далее разделяют на два потока, которые подают с расходом 4 и 6 м³ в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора 20 м/с и при удельном расходе композиции 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду. Процесс эмульгирования осуществляют в 3 прохода. После каждого прохода контролируется размер капель воды. После первого прохода максимальный размер капель 15 мкм, а после второго и третьего - 5 мкм. После трех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 10 мкм.

Пример 4. Нефтешлам (вязкость кинематическая 23 сСт, содержание воды менее 1%) В нефтешлам вводят 20% воды, аналогично примеру 1 направляют в виброкавитационный гомогенизатор и проводят 3 прохода эмульгирования. Через час после приготовления начинают выделяться видимые капли воды. При добавлении в композицию 0,5-2,0% ПАВ типа АМДМ-95 и аналогичной обработке через месяц хранения в образцах готового продукта видимой свободной воды не обнаружено.

Пример 5. Нефтешлам (вязкость кинематическая 104 сСт, содержание воды 4%). В нефтешлам вводят 16% воды (ГОСТ 2874-82). Во второй образец вводят 16% сточных вод, полученных после пропарки технологического оборудования. Аналогично примеру 1 проводят 3 прохода эмульгирования каждого образца на виброкавитационном гомогенизаторе. Через 3 месяца после хранения композиции стабильны. Физико-химические показатели образцов практически не различаются.

Пример 6. Нефтешлам (вязкость кинематическая по ГОСТ 33-2000 составляет 115 сСт, содержание воды 50% масс.) нагревают до 70°С, подвергают очистке через сетку с ячейками размером 1 мм и гидроциклон, смесь углеводородов с водой направляют в рабочую емкость и далее разделяют на два потока, которые подают с расходом 4 и 6 м³ в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора 20 м/с и удельным расходом через виброкавитационный гомогенизатор 2,0 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду. Процесс эмульгирования осуществляют в 3 прохода. После каждого прохода контролируется размер капель воды. После первого прохода максимальный размер капель 12 мкм, а после второго и третьего - 4-5 мкм. После трех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 10 мкм, что позволяет использовать гидратированное топливо как котельное топливо.

Пример 7. Нефтешлам (вязкость кинематическая по ГОСТ 33-2000 составляет 115 сСт, содержание воды 50% масс.) нагревают до 70°С, подвергают очистке через сетку с ячейками размером 1 мм и гидроциклон, смесь углеводородов с водой направляют в рабочую емкость и далее разделяют на два потока, которые подают с расходом 4 и 6 м³ в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора 30 м/с и удельным расходом через виброкавитационный гомогенизатор 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду. Процесс эмульгирования осуществляют в 3 прохода. После каждого прохода контролируется размер капель воды. После первого прохода максимальный размер капель 10 мкм, а после второго и третьего - 4-5 мкм. После трех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 10 мкм, что позволяет использовать гидратированное топливо как котельное топливо.

Таким образом, приведенные примеры подтверждают получение стабильной эмульсии гидратированного топлива, которое может быть использовано в энергитических установках, при работе которых на таком топливе (содержание воды до 30%) позволяет получить экономию топлива порядка 5-10% и улучшить их экологические показатели.

Изобретение может быть использовано в области нефтедобывающей промышленности. Способ переработки жидких нефтешламов в гидратированное топливо включает нагрев и очистку нефтешлама. Очищенную нагретую смесь углеводородов с водой подают в рабочую емкость с разделением по крайней мере на два потока. Разделенные потоки для их гомогенизации непрерывно подают в виброкавитационный гомогенизатор с разницей величины расхода одного из потоков по отношению к другому не менее 1,5. Гомогенизацию проводят в виброкавитационном гомогенизаторе с вращающимся ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным статором при удельном расходе смеси не более 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с. Обработку проводят троекратно: первичную обработку ведут до полученния топливной эмульсии гидратированного топлива с размером капель воды не более 15 мкм, повторные обработки проводят до получения капель воды с размером не более 5 мкм. Изобретение позволяет повысить стабильность эмульсии гидратированного топлива. 3 з.п. ф-лы, 7 пр.

1. Способ переработки жидких нефтешламов в гидратированное топливо, включающий нагрев жидких нефтешламов, очистку с последующей подачей очищенной смеси углеводородов с водой на трехкратную гомогенизацию, отличающийся тем, что после очистки нагретую смесь углеводородов с водой подают в рабочую емкость с последующим разделением по крайней мере на два потока и непрерывной подачей на гомогенизацию потоков с разницей величины расхода одного из потоков по отношению к другому не менее 1,5, в виброкавитационный гомогенизатор, имеющий статор и ротор, при удельном расходе смеси углеводородов с водой не более 2,5 г/см² рабочей поверхности ротора в секунду и окружной скорости его вращения не менее 20 м/с, первичную обработку в виброкавитационном гомогенизаторе ведут до получения эмульсии гидратированного топлива с размером капель воды не более 15 мкм, повторные обработки проводят до получения капель воды с размером не более 5 мкм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в виброкавитационный гомогенизатор одновременно с обрабатываемой смесью углеводородов с водой подают углеводородные компоненты с малой вязкостью и с малым содержанием воды, например мазут.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в виброкавитационный гомогенизатор одновременно с обрабатываемой смесью углеводородов с водой подают присадки, например регуляторы горения, поверхностно-активные вещества.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в виброкавитационный гомогенизатор одновременно с обрабатываемой смесью углеводородов подают сточные воды, полученные после пропарки и промывки технологического оборудования по производству и использованию тяжелых нефтяных топлив и нефтешламов.