СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩЕГО ШЛАМА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК C02F11/18 B01J19/10 B01J19/20 B01D21/00 B01D17/00 C02F11/02 

Группа изобретений относится нефтяной промышленности и может быть использовано при переработке нефтесодержащих шламов и любых углеводородсодержащих сырьевых смесей.

Существующие технологии переработки нефтесодержащих шламов, разбросанных по всем нефтеносным регионам и накопленных за долгие годы развития нефтяной промышленности, не способны оперативно и экологически безопасно выполнить очистку различного рода загрязнений нефтью и нефтепродуктами окружающей среды с условием возврата нефтепродуктов в хозяйственный оборот при полном отсутствии отходов, требующих утилизации.

Обычно переработка нефтесодержащего шлама с целью разделения их на нефть, воду и механические примеси, связана с их нагреванием и смешиванием с деэмульгатором, с последующим фильтрованием и отстаиванием.

Известен способ переработки нефтесодержащего шлама и устройство для его реализации (RU №2266258, C02F 11/14, В09В 3/00, 20.12.2005), включающий загрузку рабочего агента, содержащего окись кальция, и нефтесодержащего шлама, интенсивное перемешивание с последующим введением жидкости, реагирующей с рабочим агентом, выгрузку или извлечение полученного гранулированного продукта, при этом нефтесодержащий шлам предварительно обрабатывают до получения равномерной по составу и вязкости смеси путем его перемешивания, разогрева и введения органического разжижителя. Загрузку рабочего агента осуществляют двумя равными порциями, причем первую - до загрузки обработанного нефтесодержащего шлама, а вторую - одновременно с ним. Затем вводят жидкость, нагретую до 60-70°С, в количестве, определяемом по результату анализа пробы обработанного нефтесодержащего шлама. Перемешивание компонентов ведут в смесителе при скорости вращения 100-150 об./мин в течение 15-20 мин. Установка снабжена необходимыми для реализации способа узлами и устройствами. Изобретение обеспечивает переработку любого нефтесодержащего шлама не зависимо от его природы и вязкости (нефти, масла, мазута, гудрона и т.д.), срока и места его захоронения, содержания влаги в шламе. В результате переработки получается гранулированный компонент для добавления в асфальты

Недостатком является безвозвратная потеря нефтяных фракций.

Известен комплекс по переработке и утилизации нефтесодержащих шламов (RU №76252, В03В 9/06, 20.09.2008), состоящий из узлов извлечения нефтесодержащих шламов, приемно-накопительных емкостей с перемешивающими устройствами, трехфазных центрифуг. Для повышения эффективности разделения нефти от воды добавляют деэмульгаторы.

Однако данная установка предназначена для переработки жидких нефтяных шламов с незначительным содержанием механических примесей (нефтезагрязненная вода после промывки оборудования, верхняя часть нефтесодержащих шламовых амбаров и т.д.).

Важным недостатком комплекса является отсутствие возможности переработки тяжелых фракций нефтесодержащих шламов и замазученных грунтов.

Известен также способ очистки нефтяных шламов и грунтов (RU N2116265, C02F 11/00, 27.07.98), заключающийся в обработке нефтесодержащего шлама деэмульгатором, фильтровании, нагревании и разделении на нефтяную и водную фазы.

Недостатком этого способа является неэффективность разделения на нефтяную и водные фазы и большие затраты на реализацию этого способа, в том числе энергоресурсов.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки нефтесодержащего шлама (RU №2148035, C02F 11/18, 27.04.2000), который принят авторами за прототип. Обработка и утилизация нефтесодержащего шлама минимальными затратами достигается тем, что подогревают нефтесодержащий шлам, обрабатывают деэмульгатором с последующим разделением на нефтяную и водную фазы, перед отстаиванием нефтесодержащий шлам подвергают обработке соленой водой путем орошения с одновременным подогревом и перемешиванием его паром до инверсии фаз эмульсии в эмульсию типа "нефть в воде", при этом нефтесодержащий шлам предварительно обрабатывают в переменном магнитном поле, а отстаивание ведут в тонком слое, причем соленую воду из отстойника возвращают для повторного использования.

Недостатком данного способа является использование деэмульгатора, большой расход энергоресурсов для нагрева эмульсии нефтесодержащего шлама, длительное время отстоев нефтяной фазы.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа полной переработки любого нефтесодержащего шлама и разработка комплекса для реализации данного способа.

Технический результат изобретения - полная переработка нефтесодержащих шламов на любых объектах нефтяной промышленности не зависимо от его природы и вязкости (нефти, масла, мазута, гудрона и т.д.), срока и места их захоронения и содержания влаги в шламе с получением нефтепродуктов, воды и грунта.

Поставленный технический результат для способа обработки нефтесодержащего шлама достигается тем, что включающий его предварительный подогрев до получения эмульсии «нефть в воде» и разделение на нефтесодержащую составляющую, воду и механические примеси, а также возврат отработанной воды в технологический процесс, при этом предварительно нефтесодержащий шлам подвергают гомогенизации горячей водой с температурой 60-65 С° до получения однородной массы с кинематической вязкостью не более 10,5 мм²/с, которую затем пропускают через страховочное сито и самотеком или под давлением не более 2 атм направляют в устройство активации процессов где ее подвергают обработке комплексом энергетических воздействий - магнитострикцией, кавитацией и ультразвуком с получением эмульсии «нефть в воде», при этом эмульсия обладает свойством быстрого расслоения за счет временного отсутствия электростатических оболочек у вновь образованных молекул, часть обрабатываемой эмульсии во время переработки переходит в парообразную фазу и с выхода из установки активации процессов поступает в рекуператор для конденсации с получением эмульсии, которую возвращают в термостатную емкость, другая часть эмульсии из установки активации процессов самотеком поступает в термостатную емкость для осаждения механических примесей, которые затем через систему шиберов выводят на шнековый транспортер, отправляющий осадок в смеситель для обогащения его почвообразующими микроорганизмами с получением грунта, при этом эмульсия, частично очищенная от механических примесей из термостатной емкости самотеком поступает в гравитационно-коалеасционный сепаратор, где происходит окончательное разделение на нефтепродукт, который отправляют в приемную емкость, воду и оставшиеся механические примеси, которые выводят на тот же шнековый транспортер передающий его в смеситель для обогащения почвообразующими микроорганизмами.

Поставленный технический результат для технологического комплекса для переработки нефтесодержащего шлама достигается тем, что по ходу технологического процесса установлены связанные между собой средствами транспортирования блок подбора нефтесодержащего шлама из накопителей и устройства переработки нефтяного шлама, причем он снабжен устройством подогрева воды и расположенными последовательно страховочным ситом, установкой активации процессов, выполненной с возможностью обработки магнитострикцией, кавитацией, ультразвуком и электромагнитным полем, термостатной емкостью предварительного осаждения механических примесей, гравитационно-коалесцентным сепаратором, имеющим три выхода, один - для отвода очищенного нефтепродукта, второй - для отвода отработанной воды, а третий - для сброса накопленного осадка механических примесей и блоком очистки отработанной воды, дополнительно установлены рекуператор, выполненный с возможностью конденсации парообразной фазы из установки активации процессов, система шиберов и шнековый транспортер, выполненный с возможностью вывода осадка в смеситель для смешивания с почвообразующми микроорганизмами.

Основа технологического процесса переработки нефтесодержащего шлама в УАП лежит в диспергировании всех составляющих на атомарном уровне. Все молекулярные соединения, в том числе микробиологические, разрушаются на атомы с открытыми ковалентными связями, которые какие-то наносекунды находятся в активном окислительно-восстановительном поле, создаваемом распавшимися молекулами воды.

Молекулы воды распадаются на атомарный водород Н+, активный восстановитель, и ионы ОН-, являющиеся активными окислителями. Более того, часть ионов ОН- дополнительно распадаются опять же на атомарный водород и свободные атомы кислорода, создающие в своем соединении озон, являющийся дополнительно сильнейшим окислителем.

Описанное диспергирование среды происходит в рабочей зоне под воздействием ряда явлений, создаваемых магнитными доменами, вращающимися в электромагнитным поле. Напряженность поля и его частота подбираются под конкретный продукт и являются ноу-хау технологического процесса.

В свободных пространствах между случайно столкнувшихся магнитных полей доменов возникают кавитационные пузырьки, часть из которых схлопываются, создавая мощное ударное воздействие на частицы веществ, загрязняющих сырьевой продукт, с выделением значительного тепла, другая часть кавитационных пузырьков наоборот начинают сужаться, издавая при этом ультразвуковые колебания. Дополнительно в этой зоне происходит бесчисленное количество высоко динамичных ударов, измеряемых тоннами/см, создаваемых магнитострикционными изменениями магнитных доменов.

Под воздействием совокупности всех описанных явлений многократно ускоряются практически все физико-химические процессы. Атомы с открытыми ковалентными связями создают новые соединения, уже чистые и экологически безопасные.

Все микроэлементы, необходимые для дальнейшей жизни фито среды в природе в образовавшемся осадке, переходят в хелатную форму и готовы к прямому усвоению почвообразующими микроорганизмами и корнями растений.

Немаловажным фактором переработки нефтесодержащих шламов является удаление большей части металлов, входящих в его состав в виде их гидратов, выпадающих в осадок вместе с прочими механическими примесями. Гидраты металлов нерастворимы в воде, в связи с чем безопасны при использовании получаемого грунта для размещения его на полях, ландшафтных озеленениях и пр.

На фиг. 1 представлена структурная схема процесса переработки нефтесодержащих шламов, где 1 - блок подбора нефтесодержащего шлама, 2 - смеситель для гомогенизации эмульсии, 3 - сито для удаления крупного мусора, 4 - установка подогрева воды до температуры порядка 65°-70°, 5 - накопитель оборотной воды, 6 - установка активации процессов (УАП), 7 - рекуператор, 8 - термостатная емкость предварительного осаждения механических примесей, 9 - гравитационно-коалесцентный сепаратор Гамма 1, 10 - блок очистки отработанной воды, 11 - дозатор почвообразующих микроорганизмов, 12 - шнековый транспортер для отвода накопленных осадков в смеситель для обогащения почвообразующими микроорганизмами для получения грунта.

На практике технологический процесс переработки нефтесодержащих шламов реализуется следующим образом.

Нефтесодержащий шлам, находящийся в амбаре, блоком подбора нефтесодержащего шлама 1, смешивают для усреднения состава слоев насосом с режущими крыльчатками и подают в смеситель 2 для гомогенизации нефтесодержащего шлама, куда также подается вода, подогретая в установке ее подогрева до температуры порядка 65°-70° в пропорции 1:5. Вода для технологического процесса берется из накопителя оборотной воды 5. В смесителе 2 для гомогенизации среды установлены насосы, гомогенизирующие состав загруженных компонентов до получения однородной среды, которая через сито 3 для удаления крупного мусора подается в УАП 6. В УАПе 6 происходит полное диспергирование всех составляющих, с получением молекул не имеющих электростатических оболочек. Полученные молекулы абсолютно безопасны для природы, при этом металлы выпадают в осадок вместе с механическими примесями в виде гидратных нерастворимых в воде соединений. Образовавшаяся парообразная фаза отводится в рекуператор 7 для конденсации в жидкую фракцию и последующего ее сброса в ту же термостатную емкость 8 предварительного осаждения механических примесей, куда сбрасывается полученная в УАПе эмульсия. Во время кратковременного пребывания полученной эмульсии в термостатной емкости 8, в виду наличия свойств быстрого расслоения, большая часть механических примесей выпадает в осадок и, по мере его накопления, через систему шиберов он сбрасывается на шнековый транспортер, выводящий его в смеситель 12, для смешивания с почвообразующими микроорганизмами, подаваемыми из накопителя через дозатор 11 с целью получения высококачественного продукта для восстановления плодородного слоя земель. Частично очищенная от механических примесей эмульсия из термостатной емкости предварительного осаждения механических примесей 8 самотеком поступает в гравитационно-коалесцентный сепаратор Гамма 1, позиция 9, в котором происходит окончательное отделение нефтепродуктов от воды, и остатка механических примесей. Гравитационно-коалесцентный сепаратор Гамма 1, позиция 9, имеет три выхода: один для отвода очищенного нефтепродукта, отправляемого в накопитель. Второй для отвода выделенной воды, отправляемой в накопитель отработанной воды или в блок ее очистки до требований ПДК водоемов рыбохозяйственного назначения для сброса в открытые водоемы. Третий для сброса накопленного осадка механических примесей на шнековый транспортер 12, передающий его в смеситель для обогащения почвообразующими микроорганизмами.

Принцип разделения нефтепродуктов от воды основан на электростатических свойствах плавающей загрузки гравитационно-коалесцентного сепаратора Гамма 1, позиция 9, через которую протекает разделяемая среда. Температурный режим нормальной работы лежит в пределах +40-+100 С. Энергопотребление сепаратора = 0

Содержание воды в очищенном нефтепродукте не более 1% Предложенная технология переработки нефтесодержащих шламов позволяет достичь требуемого технического результата наиболее простым и дешевым способом, возвращающим полностью нефтепродукт в хозяйственный оборот, экологически чистой воды для водоемов рыбохозяйственного назначения и обогащенного грунта для восстановления плодородия полей при полном отсутствии отходов, требующих утилизации.

Группа изобретений относится к нефтяной промышленности и может быть использована для переработки нефтесодержащих шламов, а также углеводородсодержащих сырьевых смесей. Предварительно нефтесодержащий шлам подвергают гомогенизации горячей водой с температурой 60-65 °С до получения однородной массы с кинематической вязкостью не более 10,5 мм²/с. Полученную однородную массу пропускают через страховочное сито 3 и самотеком или под давлением не более 2 атм направляют в устройство активации процессов (УАП) 6, в котором ее подвергают обработке магнитострикцией, кавитацией и ультразвуком с получением эмульсии «нефть в воде». Часть эмульсии во время переработки переходит в парообразную фазу и с выхода УАП 6 поступает в рекуператор 7 для конденсации с получением эмульсии, которую возвращают в термостатную емкость 8. Другая часть эмульсии из УАП 6 самотеком поступает в термостатную емкость 8 для осаждения механических примесей, которые затем через систему шиберов выводят на шнековый транспортер 12, с помощью которого отправляют осадок в смеситель для обогащения его почвообразующими микроорганизмами с получением грунта. Эмульсия, частично очищенная от механических примесей, из термостатной емкости 8 самотеком поступает в гравитационно-коалеасционный сепаратор 9, в котором ее окончательно разделяют на нефтепродукт, отправляемый в приемную емкость, воду и оставшиеся механические примеси, которые выводят на тот же шнековый транспортер 12, передающий их в смеситель для обогащения почвообразующими микроорганизмами. Технологический комплекс для переработки нефтесодержащего шлама включает блок 1 подбора нефтесодержащего шлама из накопителей, устройство подогрева воды 4, рекуператор 7, блок очистки отработанной воды 10, систему шиберов, шнековый транспортер 12, а также последовательно установленные страховочное сито 3, установку активации процессов 6, термостатную емкость 8, гравитационно-коалесцентный сепаратор 9, имеющий три выхода для отвода очищенного нефтепродукта, отработанной воды и сброса накопленного осадка механических примесей. Группа изобретений позволяет полностью переработать нефтесодержащие шламы на любых объектах нефтяной промышленности с получением качественных и безопасных вторичных продуктов: нефтепродуктов, воды и грунта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки нефтесодержащего шлама, включающий его предварительный подогрев до получения эмульсии «нефть в воде» и разделение на нефтесодержащую составляющую, воду и механические примеси, а также возврат отработанной воды в технологический процесс, отличающийся тем, что предварительно нефтесодержащий шлам подвергают гомогенизации горячей водой с температурой 60-65°С до получения однородной массы с кинематической вязкостью не более 10,5 мм²/с, которую затем пропускают через страховочное сито и самотеком или под давлением не более 2 атм направляют в устройство активации процессов, где ее подвергают обработке комплексом энергетических воздействий - магнитострикцией, кавитацией и ультразвуком с получением эмульсии «нефть в воде», при этом эмульсия обладает свойством быстрого расслоения за счет временного отсутствия электростатических оболочек у вновь образованных молекул, часть обрабатываемой эмульсии во время переработки переходит в парообразную фазу и с выхода из установки активации процессов поступает в рекуператор для конденсации с получением эмульсии, которую возвращают в термостатную емкость, другая часть эмульсии из установки активации процессов самотеком поступает в термостатную емкость для осаждения механических примесей, которые затем через систему шиберов выводят на шнековый транспортер, отправляющий осадок в смеситель для обогащения его почвообразующими микроорганизмами с получением грунта, при этом эмульсия, частично очищенная от механических примесей, из термостатной емкости самотеком поступает в гравитационно-коалеасционный сепаратор, где происходит окончательное разделение на нефтепродукт, который отправляют в приемную емкость, воду и оставшиеся механические примеси, которые выводят на тот же шнековый транспортер, передающий их в смеситель для обогащения почвообразующими микроорганизмами.

2. Способ переработки нефтесодержащего шлама по п. 1, отличающийся тем, что отработанная вода, выделенная в процессе разделения эмульсии, поступает в комплекс дополнительной очистки для получения оборотной воды с последующим ее использованием в обработке следующих порций нефтесодержащего шлама.

3. Технологический комплекс для переработки нефтесодержащего шлама, включающий установленные по ходу технологического процесса и связанные между собой средствами транспортирования блок подбора нефтесодержащего шлама из накопителей и устройство обработки нефтяного шлама, отличающийся тем, что он снабжен устройством подогрева воды и расположенными последовательно страховочным ситом, установкой активации процессов, выполненной с возможностью обработки магнитострикцией, кавитацией, ультразвуком и электромагнитным полем, термостатной емкостью предварительного осаждения механических примесей, гравитационно-коалесцентным сепаратором, имеющим три выхода, один - для отвода очищенного нефтепродукта, второй - для отвода отработанной воды, а третий - для сброса накопленного осадка механических примесей, и блоком очистки отработанной воды, дополнительно установлены рекуператор, выполненный с возможностью конденсации парообразной фазы из установки активации процессов, система шиберов и шнековый транспортер, выполненный с возможностью вывода осадка в смеситель для смешивания с почвообразующими микроорганизмами.