СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ ВОДОНАСЫЩЕННОГО ТЕХНОГЕННОГО НЕФТЕШЛАМА
METHOD OF SEPARATION OF SOLID AND LIQUID PHASES OF SATURATED TECHNOGENIC OIL SEDIMENTATION

1. Область техники
Изобретение относится к технологии разделения твердой и жидкой фаз и может быть использовано преимущественно для выделения нефтепродуктов из различных видов нефтесодержащих техногенных шламов, а также для обезвоживания различных видов техногенных шламов.
2. Уровень техники
7
Известен способ переработки нефтяных шламов, при котором на разных стадиях переработки нефтяной шлам нагревают водяным паром: в зоне приема до 45°C, в подогревателе-смесителе до 80°C, после чего очищенную нефтяную фазу нагревают водяным паром в теплообменнике до 95°C (RU №2078739, М. Кл.: С02F 9/04, 1993 г.).
Недостатком известного способа является малоэффективное использование водяного пара: только для нагрева обрабатываемой среды, в то время как придание соответствующих свойств пару может существенно повысить эффективность переработки нефтяных отходов.
7
Наиболее близким аналогом заявленного предложения, принятым в качестве прототипа, является способ разделения твердой и жидкой фаз водонасыщенного техногенного шлама путем внесения гидролизованных алюмосиликатов, при котором предварительно определяют исходное значение рН шлама и при 7≤pH≤10 вносят гидролизованные алюмосиликаты с 2≤pH≤5 в количестве, достаточном для уменьшения значения pH на 1-3 единицы, а при 4≤pH≤7 вносят гидролизованные алюмосиликаты с 9≤pH ≤12 в количестве, достаточном для увеличения значения pH на 1-3 единицы, при этом гидролизованные алюмосиликаты вносят в виде водной суспензии с 10-15% концентрацией твердой фазы путем подачи ее под давлением 2-5 ати, а через 10-50 часов после внесения гидролизованных алюмосиликатов вносят утяжелитель в виде водной суспензии супеси и/или суглинка, содержащей твердую фазу в количестве 10-50 г на 1 л шлама (RU №2247082, М. кл.: С02F 11/14, 2003 г.).
2
2
8
4
4
4-
5-
+
+
Недостаток прототипа заключается в том, что он решает только частную задачу переработки техногенных отходов, а именно разделения твердой и жидкой фаз водонасыщенного техногенного шлама, в том числе нефтешлама. Кроме того, алюмосиликаты (например, полевой шпат CaAlSiO) представляют собой группу силикатов, в которых часть ионов (SiO) замещена ионами (AlO). Возникшие при таком замещении избыточные отрицательные заряды компенсируются обычно катионами К или Na, не растворимыми в воде. Таким образом, введение в состав раствора шлама алюмосиликатов, как и утяжелителя, приводит к образованию соединений, ряд из которых растворим в воде и требует дополнительных усилий по их выведению из продукта переработки.
3. Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение эффективности разделения твердой и жидкой фаз техногенного шлама, а именно нефтешлама, путем благоприятного изменения его pH без внесения в него трудновыводимых дополнительных веществ.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе разделения твердой и жидкой фаз водонасыщенного техногенного нефтешлама, предварительно определяют исходное значение его рН и при 7≤рН≤10 обрабатывают нефтешлам нагретым до 60-200°С водяным паром, активированным путем пропускания его через анодную зону электролизера до достижения им 2≤рН≤5 в количестве, достаточном для уменьшения значения рН шлама на 1-3 единицы, а при исходном значении рН нефтешлама 4≤рН≤7 обрабатывают нагретым до 60-200°С водяным паром, активированным путем пропускания его через катодную зону электролизера до достижения им 9≤рН≤12 в количестве, достаточном для увеличения значения рН нефтешлама на 1-3 единицы.
Активированный водяной пар вводят в придонные слои шлама.
4. Осуществление способа
Сущность заявленного изобретения заключается в том, что рН нефтешлама, благоприятный для разделения его на фазы, в частности, благодаря выведению ионов из раствора путем превращения соответствующих веществ в нерастворимые соединения, выпадающие в осадок, изменяется за счет введения противоположно заряженных содержащимся в нефтешламе ионам. Для этого предварительно определяют исходное значение рН нефтешлама и при 7≤рН≤10 обрабатывают нефтешлам нагретым до 60-200°С водяным паром, активированным путем пропускания его через анодную зону электролизера до достижения им 2≤рН≤5 в количестве, достаточном для уменьшения значения рН нефтешлама на 1-3 единицы, а при 4≤рН≤7 обрабатывают нагретым до 60-200°С водяным паром, активированным путем пропускания его через катодную зону электролизера до достижения им 9≤рН≤12 в количестве, достаточном для увеличения значения рН нефтешлама на 1-3 единицы. Диапазон температур водяного пара в 60-200°С определяется составом шлама, влияющим на его тугоплавкость (при меньших значениях нефтешлам не плавится, при больших - затрачивается излишнее тепло на нагрев водяного пара). Диапазон изменения рН нефтешлама определяется тем, что он обеспечивает достаточную и экономичную нейтрализацию его кислотности.
Активирование водяного пара происходит следующим образом: проходя через катодную зону электролизера, частицы пара акцептируют испускаемые катодом электроны по типу:
2
-
-
HO+e→H+OH,
ионизируя, таким образом, водяной пар отрицательными ионами.
Напротив, в анодной зоне электролизера от атомов и молекул веществ отбираются электроны, заряжая водяной пар положительно:
2
-
+
HO-e→H+OH.
aq
-
В составе молекул водяного пара , испускаемый катодом, гидратируется в e , т.е. обволакивается молекулами воды и охотно переходит к веществам, содержащимся в шламе, имеющим, как правило, большее сродство к электрону, чем вода, взаимодействуя с ними, как показано ниже.
Для повышения эффективности переработки отходов активированный пар вводят в придонные слои шлама. В этом случае обеспечивается доступность пара ко всем частицам отходов.
Пример 1
2-
2-
4
Измерения pH жидкого нефтяного шлама показали его значение, равное 9,5, что означает преобладание в нефтешламе отрицательных зарядов, например ионов O, CH . Нефтешлам обрабатывали активированным водяным паром, нагретым до 60-200°C и пропущенным через анодную зону электролизера (анолит) с 2≤pH≤5 в количестве, достаточном для уменьшения значения pH нефтешлама на 1-3 единицы, периодически замеряя pH нефтешлама, до получения pH, равного 7,0. В результате акцептировавший гидратированные электроны нефтешлам обеспечивает нейтрализацию содержащихся в нефтешламе положительных ионов, что приведет к разделению раствора на фазы:
2-
-
2-
-
aq
m
n
aq
m
n
O-2e →O↑; CH -2e →CH,
aq
-
где e  - гидратированный электрон, т.е. электрон, окруженный атомами воды (Э.Харт, М.Анбар. Гидратированный электрон. М.: Атомиздат. 1973. 280 с.).
m
n
Как видим, в результате взаимодействия ионов с гидратированными электронами из жидкого нефтешлама выделились фазы: жидкая (CH), которую можно выделить из нефтешлама по удельному весу, и газообразная (O), улетучившаяся в атмосферу, т.е. произошло необходимое разделение шлама на две фазы: жидкую и газообразную, содержание воды в нефтешламе снизилось примерно до 50 мас.%, а затраты на переработку отходов уменьшились на 30%.
Пример 2
Измерения pH обводненного нефтяного шлама показало его значение, равное 5,0, что означает преобладание в шламе положительных зарядов (ионов). Нефтешлам обрабатывали активированным паром, пропущенным через катодную зону электролизера (католит) и имеющий pH, равный 10,5, периодически замеряя pH нефтешлама, до получения pH, равного 7,0.
В результате преобладающие в жидком нефтешламе положительные ионы взаимодействовали с гидратированными электронами от поступающих в жидкий нефтешлам отрицательных ионов, нейтрализуя свой электрический заряд и, тем самым, превращаясь в атомы, выделяющиеся из раствора.
Имели место следующие типовые химические реакции:
+
-
aq
H+e →H↑;
m
n
aq
m
n
2+
-
CH +2e →CH;
2+
-
aq
Cu+2e →Cu↓
m
n
aq
-
Как видим, произошло разделение нефтешлама на три фазы: газообразную (H), жидкую (CH, которая может быть выделена по удельному весу центрифугированием или отстаиванием) и твердую (Cu, выпадающий в осадок), а содержание воды в нефтешламе снизилось примерно до 47 мас.%. При этом активный химический реагент e  в полной мере проявил свои свойства протонирования, диспропорционирования, ассоциации и диссоциации, обеспечивая эффективное разделение сред.
Новым отличительным признаком изобретения является также его использование по новому назначению в новой области применения, а именно для разделения твердой и жидкой фаз водонасыщенного техногенного нефтешлама.
Технический результат изобретения предложения заключается в одновременном нагреве и эффективном разделении техногенного шлама перегретым активированным водяным паром не только на твердую и жидкую, но и на газообразную фазы без внесения в нефтешлам каких-либо трудновыводимых веществ и без загрязнения окружающей среды.
Дополнительными техническими результатами предложенного способа являются:
- экологическая чистота (он не предусматривает, как в прототипе, внесение в исходный продукт никаких дополнительных реагентов и веществ);
- снижение (энергетических и других) затрат на удаление из продукта внесенных веществ и их производных.