ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ И ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области экологически безопасной термической переработки (утилизации) почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами в процессе производственной деятельности нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий, транспортных организаций, нефтебаз, автозаправочных станций и т.д.
Предлагаемая установка призвана кардинальным образом решить проблему утилизации нефтезагрязненных почв и грунтов (НЗГ), хранящихся в местах складирования (в аварийно-технологических амбарах или шламонакопителях), а также решить проблему ликвидации высвобождаемых шламонакопителей с последующей их рекультивацией и передачей восстановленных участков землепользователям.
Установка ускорит и решение проблем по утилизации вновь образующихся отходов вследствие аварийных порывов нефтепроводов. При этом, если рассматривать другие применяемые сегодня методы утилизации НЗГ и восстановления земель, например, методы биоремедиации, то при использовании технологии утилизации на базе предлагаемой установки отпадает необходимость вынужденного вывода из сельхозоборота на длительный срок значительных площадей земельных участков, отводимых под полигоны для временного хранения и переработки (утилизации) НЗГ.
Кроме того, технологическая схема установки позволяет осуществить процесс обезвреживания бурового шлама, промасленной ветоши, изношенных автошин и других твердых промышленных отходов, а также бракованных медицинских средств и твердых бытовых отходов.
Для понимания существа вопроса, следует пояснить, что в настоящее время существуют следующие виды процессов обезвреживания твердых
промышленных отходов, в частности, нефтезагрязненных грунтов: химический; механический; метод выжигания; фитомелиоративные и биологические методы; метод термического обезвреживания.
Химические методы основаны на использовании реактивов, вызывающих окислительный распад нефтяных углеводородов. Химические вещества, образующиеся продукты разложения (канцерогенные и мутагенные вещества - бензопирены, фенолы, полициклические углеводороды и др.), как правило, представляют даже большую опасность, чем первичное нефтяное загрязнение. Химические вещества могут вызвать неуправляемые мутации и необратимо изменить структуру биоценозов, что имеет непоправимые последствия для живых организмов. Для использования в экологических целях химические способы в принципе неприемлемы, особенно в городской промышленной зоне.
Но даже при решении использовать данный известный метод, на одну часть загрязненного грунта необходимо применить одну часть извести и от 2% до 5% других реагентов (стеариновая, пальминовая кислоты), тщательно перемешать. В дальнейшем получившееся вещество необходимо захоронить, т.к. происходит частичная карпускуляция нефтеотходов. Использование в дорожном строительстве малопригодно из-за требований технологического регламента дорожных организаций. Вдобавок ко всему происходит увеличение объема получившегося вещества в два раза.
Механические способы предусматривают локализацию загрязнения, обваловку, захоронение. Очевидно, что они не решают проблемы полной ликвидации нефтяного загрязнения, а в лучшем случае переносят его из одного места в другое.
Наиболее распространенным и простым из физических способов является выжигание. Однако при выжигании происходит опасное загрязнение окружающей среды вредными токсичными соединениями.
Необходимы дополнительные затраты для уменьшения влияния вредных веществ, образующихся при сжигании, дополнительные затраты на дополнительное оборудование, что сопряжено с соответствующим повышением стоимости работ.
Фитомелиоративные и биологические методы эффективны при низком уровне загрязнения почв в качестве завершающего этапа очистки. Но и под них необходимо создание больших полигонов с сопутствующей инфраструктурой.
Известна установка для термического обезвреживания твердых отходов (Патент РФ №2273796, кл. F23G 5/14, от 2004 г.), содержащая печь термообработки с газовыми горелками и с подвижной цепной колосниковой решеткой, расположенной с наклоном не более 10° к горизонтальной плоскости, загрузочный бункер со шнековым питателем и разгрузочный бункер. Также указанная известная установка дополнительно содержит циклонную печь с горелкой, последовательно соединенную газоходом со скруббером - охладителем, скруббером Вентури и дымососом, предназначенными для обезвреживания отходящих газов.
Недостатком указанной известной установки является довольно сложная конструкция печи, предусматривающая наличие подвижной решетки, да к тому же находящейся во время работы в зоне высокой температуры, что требует дополнительных конструктивных подходов к обеспечению ее надежности. Вышеуказанное, а также наличие дополнительных узлов очистки дымовых газов, делает известную установку сложной в исполнении, а значит - в некоторой степени, недостаточно надежной.
Вместе с этим, известная установка не позволяет использовать возвратное тепло пиролизных газов (продуктов пиролиза), что приводит к потере ценного сырья и к повышенному расходу электроэнергии.
Также известна установка для обезвреживания ила и земли, загрязненных стойкими органическими веществами (Патент РФ №2250123, кл. A62D 3/00, от 1999 г.), содержащая вращающуюся барабанную печь с косвенным обогревом, соединенную с камерами загрузки и выгрузки, узел экстракции, топку дожигания, имеющую систему газоходов, и скруббер.
Однако, указанная известная установка является довольно сложной в конструктивном исполнении, что является неоправданным при утилизации, например, нефтезагрязненных грунтов и твердых бытовых отходов.
Наряду с указанными, известна установка для термического разложения углеродсодержащих материалов (Авторское свидетельство СССР №397729, кл. F27В 7/04, от 1970 г.), содержащая топку, вращающуюся печь термообработки и разгрузочное и загрузочное устройство, при этом указанная печь состоит из вращающегося барабана и из соосно установленной внутри него реторты с образованием кольцевого зазора между ними. В указанной известной установке нагрев исходного подготовленного к обезвреживанию материала, находящегося в реторте, осуществляется подачей в кольцевой зазор дымовых газов, образующихся от сжигания топлива и от сжигания пиролизных газов.
Однако, указанная известная установка не обеспечивает высокой степени обезвреживания промышленных и бытовых отходов, ввиду неравномерности температуры поверхности реторты, контактирующей с исходным материалом, т.к. этот материал по реторте идет прямотоком с дымовыми газами, идущими в кольцевом зазоре, и вследствие охлаждения при движении не обеспечивают поддержание высокой температуры на всем протяжении пути. Это делает процесс обезвреживания неэффективным.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению по назначению и совокупности признаков является технологическая схема установки для термического обезвреживания различных по теплоте сгорания и влажности твердых отходов (Авторское свидетельство СССР №1455823, кл. F23G 5/20, от 1987 г.), включающая узел подачи твердых отходов на переработку в камеру загрузки, вращающуюся печь термообработки, конструктивно соединенную с указанной камерой загрузки и с камерой выгрузки обработанных отходов, дожигатель дымовых газов (топку дожигания), снабженный системой газоходов, связывающих его с камерой выгрузки. Кроме того, указанная известная установка дополнительно снабжена второй вращающейся печью термообработки жидких отходов, которая связана системой газопроводов в круговой цикл пропускания дымовых газов, благодаря чему расширяются технологические возможности установки (за счет возможности обезвреживания жидких и твердых отходов).
Однако, указанная известная установка не лишена недостатков, а именно:
- не позволяет обеспечить высокую степень обезвреживания нефтесодержащих промышленных отходов (особенно с повышенным содержанием нефтепродуктов) и твердых бытовых отходов за один цикл пропускания дымовых газов и требует для осуществления процесса постоянного горения дополнительного топлива (помимо продуктов пиролиза), что снижает экономические показатели работы установки, а также ее эффективность;
- недостаточное использование энергии сгорания продуктов пиролиза (пиролизных газов) приводит к неоправданному перерасходу топлива, а значит - к повышенным материальным затратам;
- введение дополнительного оборудования в виде отдельной печи для обезвреживания жидких отходов приводит к усложнению конструкции.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в упрощении конструкции при одновременном повышении эффективности за счет снижения материальных затрат, повышения производительности за счет утилизации выделяемой энергии для целей горячего водоснабжения и отопления, за счет повышения степени обезвреживания, с получением обработанных отходов, пригодных для использования в хозяйственных целях.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение обезвреживания загрязненных промышленных отходов с широким диапазоном нефтесодержания.
Указанный технический результат достигается предлагаемой технологической схемой установки для термического обезвреживания промышленных нефтесодержащих и твердых бытовых отходов, включающей узел подачи отходов на переработку в камеру загрузки, вращающуюся печь термообработки, конструктивно соединенную с указанной камерой загрузки и с камерой выгрузки обработанных отходов, топку дожигания продуктов пиролиза, снабженную системой газоходов и газопроводов, при этом согласно полезной модели вращающаяся печь термообработки содержит вращающийся барабан с соосно установленной внутри него с образованием кольцевого зазора ретортой, которая одним концом соединена с камерой загрузки, а другим - с камерой выгрузки обработанных отходов, при этом упомянутая камера выгрузки сообщена посредством газохода транспортирования продуктов пиролиза с топкой дожигания, которая в свою очередь, дополнительно снабжена газоходом подачи воздуха и соединена газопроводом подачи дымовых газов с кольцевым зазором между вращающимся барабаном и ретортой печи с обеспечением противотока перерабатываемых отходов, находящихся в реторте, и дымовых газов, проходящих по кольцевому зазору, причем
упомянутый кольцевой зазор также снабжен газопроводом отвода отработанных дымовых газов, при этом узел подачи отходов на переработку дополнительно снабжен конструктивными узлами:
дробильной машиной, а также виброситом и/или грохотами, причем обработанные посредством указанных конструктивных узлов и подготовленные к обработке отходы подаются в камеру загрузки по меньшей мере одним конвейером.
В качестве подающего конвейера установка содержит ленточный или шнековый конвейер.
При обезвреживании нефтесодержащих промышленных отходов с высоким содержанием жидкой фазы узел подачи отходов дополнительно снабжен устройством, выполненным в виде центрифуги или сепаратора с патрубком слива указанной жидкой фазы.
Газопровод отвода отработанных дымовых газов из кольцевого зазора печи размещен в зоне, близкой к камере загрузки, а газопровод подачи дымовых газов от топки дожигания в кольцевой зазор печи размещен в зоне, близкой к камере выгрузки.
Газопровод отвода отработанных дымовых газов дополнительно снабжен газоанализатором, дымососом и дымовой трубой для выброса газа в атмосферу.
Газопровод отвода отработанных дымовых газов дополнительно снабжен пылеулавливающими или фильтрующими элементами,
Газопровод отвода отработанных дымовых газов дополнительно снабжен теплообменником или котлом-утилизатором.
Газопровод подачи дымовых газов соединен посредством байпасной линии, снабженной узлом для изменения ее проходного сечения, с теплообменником или с котлом-утилизатором.
Топка дожигания дополнительно снабжена линией подачи реагента для связывания вредных компонентов.
Линия отвода обработанных отходов из камеры выгрузки снабжена шлюзовым затвором и скруббером.
При обезвреживании твердых бытовых отходов она дополнительно снабжена пунктом отбора утильных фракций.
Установка может быть выполнена в мобильном варианте, когда вращающаяся печь термообработки и топка дожигания продуктов пиролиза размещены на шасси транспортного средства.
Предлагаемая технологическая схема установки является нестандартизованным комплектным техническим устройством, в котором все узлы выполняют взаимосвязанные технологические функции. Режимные параметры технологического процесса термообезвреживания поддерживаются и контролируются средствами контрольно-измерительных приборов и аппаратуры (КИПиА).
Метод термообезвреживания, реализуемый предлагаемой установкой, основывается на пиролизе - деструкции органической части отходов, например, нефтешлама, при температуре 500-550С° с получением твердого остатка и горючих газов. Отличительной особенностью технологии термообезвреживания в предлагаемой установке является осуществление пиролиза во вращающейся муфельной печи с ретортой по принципу «труба в трубе» без доступа воздуха, при этом выделяющиеся при пиролизе горючие газы полностью сжигаются в топке печи, а дымовые газы используются для обогрева реторты.
В заявляемой установке переработке (утилизации) подлежат любые нефтесодержащие отходы, например, грунты (песок, чернозем, суглинки и др.), загрязненные как легкими (бензин, керосин, дизельное топливо), так и тяжелыми нефтепродуктами (мазут, битум, смолы). Утилизированный грунт может быть использован для возделывания технических культур и посадок зеленых насаждений в черте населенных пунктов, а также для хозяйственных целей (например, для обустройства дорог, засыпки оврагов,
котлованов или как сорбент при аварийных разливах нефти). Предлагаемая технологическая схема установки позволяет также осуществлять утилизацию бурового шлама, промасленной ветоши, изношенных автошин, бракованных медицинских средств и других отходов. Избыток тепла, получаемый в процессе работы установки, может быть использован для получения пара и горячей воды для технологических нужд.
Указанный технический результат обеспечивается за счет следующего.
Благодаря предложенному конструктивному исполнению вращающейся печи термообработки (наличие вращающегося барабана и соосно установленной реторты), достигается высокая производительность обработки отходов, т.к. обработка осуществляется при движении отходов по реторте.
Перемешивание материала и удаление продукта утилизации осуществляется за счет вращения и наклона печи.
Использование движущегося слоя в процессе взаимодействия системы "газ - движущееся вещество" уменьшает возможность образования застойных зон, движение частиц создает условия для взаимодействия газа с большей поверхностью твердой фазы, чем при неподвижном слое.
Во вращающейся печи термообработки происходит пиролиз при температуре 500-550°С, при этом выделяющиеся при пиролизе горючие газы, в том числе, содержащие циклические, хлорорганические соединения, полимеры, полностью сжигаются в печи дожигания при температуре 1100-1200°С, а дымовые газы используются для обогрева реторты. Возможность образования диоксинов практически исключена вследствие того, что температура этого процесса выше 1000°С.
Высокая производительность заявляемой установки обеспечивается и тем, что узел подачи отходов на переработку дополнительно снабжен дробильной машиной, виброситом и/или грохотами, причем обработанные и подготовленные к обезвреживанию отходы подаются в камеру загрузки
по меньшей мере одним конвейером (в преимущественном варианте - двумя конвейерами). Это объясняется тем, что высокое качество подготовленного сырья обеспечивает высокую скорость его обезвреживания, а наличие таких конвейеров (особенно двух) - высокую скорость подачи в камеру загрузки и исключает простои установки в случае поломки одного из указанных конвейеров.
Наличие топки дожигания обеспечивает экономичность установки за счет сжигания продуктов пиролиза (пиролизных газов), образующихся при термообработке отходов, и которые по газоходу из камеры выгрузки поступают в указанную топку. Благодаря этому в течение всего технологического процесса обеспечивается автономная работа установки только за счет образующихся продуктов пиролиза (без привлечения дополнительного топлива), что делает ее работу крайне экономичной. Причем это относится и к промышленным, в частности, нефтесодержащим, отходам и к твердым бытовым отходам.
Топка дожигания дополнительно снабжена линией подачи реагента для снижения уровня выбросов вредных компонентов в атмосферу.
Благодаря наличию газопровода подачи дымовых газов (образуются в топке дожигания при сгорании продуктов пиролиза - пиролизных газов), соединяющего указанную топку с кольцевым зазором печи, обеспечивается нагрев стенок реторты, а значит и происходит термообработка находящихся в ней отходов различного назначения при одновременном полном использовании энергии пиролизных газов, что также делает работу установки экономически выгодной и приводит к снижению материальных затрат.
Благодаря тому, что указанный газопровод подачи дымовых газов имеет врезку в кольцевое пространство печи в зоне, близкой к камере выгрузки, обеспечивается противоток перерабатываемых отходов, находящихся в реторте, и горячих дымовых газов, проходящих по кольцевому зазору, в результате повышается степень термообработки
отходов за счет постоянно высокого температурного режима стенок реторты на всем пути продвижения отходов, а значит - гарантированно производится термообезвреживание отходов, в том числе, и нефтезагрязненных грунтов с любой степенью загрязнения и твердых бытовых отходов. Все это повышает эффективность работы установки.
Введение в конструкцию вращающейся печи газопровода отвода отработанных дымовых газов, врезанного в кольцевой зазор, в преимущественном варианте, в зоне, близкой к камере загрузки, позволяет наряду с полным использованием энергии дымовых газов (благодаря пропусканию их через всю длину кольцевого зазора), отводить отработанные газы в атмосферу или отводить через теплообменник или через котел-утилизатор на утилизацию.
Благодаря тому, что газопровод отвода отработанных дымовых газов снабжен теплообменником или котлом-утилизатором, обеспечивается дополнительная утилизация энергии отходящих газов.
Соединение газопровода подачи дымовых газов байпасной линией с теплообменником или котлом-утилизатором газопровода отвода отработанных дымовых газов позволяет производить дополнительную утилизацию теплоты отработанных газов.
Введение в газопровод отвода отработанных дымовых газов пылеулавливающих или фильтрующих элементов позволяет производить качественную очистку отработанных газов перед выбросом их в атмосферу.
Наличие газоанализатора позволяет производить контроль за качеством этого газа.
Снабжение линии отвода обработанных отходов из камеры выгрузки шлюзовым затвором и скруббером позволяет предупредить попадание кислорода в рабочую зону вращающейся печи и обеспечить регулирование выгрузки и стабильность технологического процесса.
Наличие в предлагаемой установке пункта отбора утильных фракций при обезвреживании твердых бытовых отходов обеспечивает их качественную подготовку к обезвреживанию, исключению повреждения вращающейся печи и сохранению ценных утильных фракций, таких как, цветные и черные, редкоземельные металлы.
Возможность размещения вращающейся печи термообработки и топки дожигания продуктов пиролиза на транспортном средстве (на автомобиле или прицепе) позволяет обеспечить мобильность установки и удобство в использовании.
Предлагаемая установка иллюстрируется чертежом, где показана ее принципиальная технологическая схема.
Заявляемая установка для термического обезвреживания промышленных нефтесодержащих (преимущественно, нефтезагрязненных почв и грунтов) и твердых бытовых отходов, содержит вращающуюся печь 1 термообработки, состоящую из вращающегося барабана 2, внутри которого соосно размещена реторта 3 с образованием кольцевого зазора 4 между ними, при этом реторта 3 имеет длину большую, чем длина барабана 2. Одним концом реторта 3 соединена с камерой загрузки 5, а другим - с камерой выгрузки 6 обработанных отходов. Камера загрузки 5 также соединена с узлом подачи отходов на переработку, состоящим из накопителя 7, сепаратора 8 (или центрифуги) с патрубком слива 9 (в случае высокой составляющей жидкой фазы), дробильной машины 10, грохотов 11 и/или вибросита 12, емкости 13 подготовленных для обезвреживания отходов и конвейеров 14 и 15.
Заявляемая установка также содержит топку дожигания 16, которая имеет газоход 17 подачи воздуха и сообщена посредством газохода 18 транспортирования продуктов пиролиза (пиролизных газов) с камерой выгрузки 6 и посредством газопровода 19 подачи дымовых газов - с кольцевым зазором 4 печи 1. Упомянутый кольцевой зазор 4 снабжен
газопроводом 20 отвода отработанных дымовых газов. Указанный газопровод 20 может быть снабжен теплообменником 21 (или котлом-утилизатором), пылеуловителем 22, газоанализатором 23, дымососом 24 и дымовой трубой 25.
Предлагаемая технологическая схема установки работает следующим образом.
Исходное сырье - промышленные отходы, например, нефтезагрязненные почвы и грунты (или твердые бытовые отходы, которые предварительно отсортировываются на пункте отбора утильных фракций), первоначально помещаются в накопитель 7 и далее по конвейеру 26 подаются на дробильную машину 10, далее на грохота 11 (при необходимости) и на вибросито 12. Здесь происходит размельчение и просеивание отходов, и затем подготовленное сырье попадает в емкость 13, где осуществляется перемешивание с наполнителем. Подготовленная измельченная масса отходов по конвейерам 14 и 15 (или по одному из них) подается в камеру загрузки 5, конструктивно соединенную с печью 1, и посредством шнекового питателя 27 загружается в реторту 3 (конструкция питателя 27 обеспечивает герметичность реторты 3). Со стороны загрузочной части печи 1 реторта 3 закрыта глухой стенкой, препятствующей попаданию внутрь кислорода и обратному выходу газов пиролиза в камеру загрузки 5.
Продукты сгорания топлива в топке дожигания 16 (топливо необходимо только на начальной стадии для инициирования процесса пиролиза отходов), являющиеся теплоносителем на начальном этапе, и дымовые газы, образующиеся при сжигании продуктов пиролиза (при установившемся технологическом процессе работы установки), и являющие в дальнейшем основным теплоносителем, по газопроводу 19 поступают в кольцевой зазор 4 печи 1, нагревая при этом поверхность реторты 3, а значит - и отходы, находящиеся в ней, до прокаливания при необходимой температуре (например, для обезвреживания
нефтезагрязненных грунтов требуется температура 500-550 С). Учитывая, что отходы и поток дымовых газов идут противотоком, обеспечивается полная термическая обработка отходов с получением при этом обработанных отходов и продуктов пиролиза, которые поступают в камеру выгрузки 6. Продукты пиролиза при этом отводятся по газоходу 18 в топку дожигания 16, а обработанные отходы выгружаются по конвейеру 28 для охлаждения на вспомогательную площадку в бетонированные или обвалованные глиной котлованы - накопители 29, где охлаждаются до безопасной температуры для последующей транспортировки и использованию по назначению.
Дымовые газы, проходящие по кольцевому зазору 4 печи 1, выводятся по газопроводу 20 через теплообменник 21 на утилизацию или выбрасываются через дымосос 24, пылеуловитель 22 и дымовую трубу 25 в атмосферу.
Часть дымовых газов из газопровода 18 при необходимости удаляется по байпасной линии 32 на утилизацию в теплообменник 21.
Топка дожигания 16 дополнительно снабжена линией 33 подачи реагента для снижения уровня выбросов вредных компонентов в атмосферу.
Для обеспечения мобильности установки возможно размещение печи 1 и топки дожигания 16 на транспортном средстве (на чертеже не показано).
Таким образом, предлагаемая установка будет иметь следующие преимущества перед известными:
- высокую эффективность за счет высокой производительности и высокого качества приготовленных для обезвреживания отходов;
- высокую производительность за счет оптимального использования компоновки узлов и элементов, а также удобства загрузки отходов;
- использование энергосберегающей технологии за счет утилизации тепла отходящих газов;
- высокое качество полученных обработанных отходов и обеспечение при этом норм ПДК по основным компонентам в рабочей зоне (так например, обработанный нефтесодержащий грунт с первоначальным содержанием нефти в пределах 15-19% мае. был получен с характеристикой малоопасных отходов с содержанием остаточных нефтепродуктов менее 20 мг/кг, что сделало его пригодным для использования при обустройстве дорог, для рекультивации земель и прочее).