УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ И/ИЛИ ЖИДКИХ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к устройствам для переработки нефтесодержащих отходов (шламов, отходов бурения) и может быть использована в нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, на производственных объектах которых имеет место формирование, складирование и длительное хранение в земляных амбарах или бетонных шламонакопителях значительного количества нефтесодержащих отходов.
В нефтедобывающей отрасли и нефтепереработке ежегодно скапливается большое количество токсичных отходов, в том числе треть из них составляют нефтесодержащие отходы, в частности нефтешламы и буровые отходы. Проблема их утилизации чрезвычайно актуальна как в экологическом плане, так и с точки зрения использования нефтесодержащих отходов в качестве вторичного сырья с целью извлечения из них ценных углеводородных компонентов и получения полезных продуктов для использования в различных областях промышленности, в основном, в топливной, строительной и т.п.
Известно устройство для переработки нефтяных шламов, в с котором нефтешлам обрабатывают деэмульгатором, нагревают до 40-50°С и отстаивают с разделением его на нефтепродуктовую и водную фазы, водно-иловую и замазученные механические примеси. Нефтепродуктовую фазу используют как котельное топливо, водную фазу выводят и направляют на размыв донного осадка в шламонакопитель, водно-иловую суспензию используют в качестве питательной среды для выращивания микроорганизмов, а замазученные
механические примеси после отмывки их растворителем и водяным паром вводят в водно-иловую суспензию с выращенными микроорганизмами и при температуре 30-35°С в течение 2-3 суток обезвреживают в аэробных условиях и выводят очищенные механические примеси (см. патент RU 2116265, Кл. C02F 11/00, опубл. 27.07.1998). Недостатками известного устройства являются длительность процесса осуществления утилизации, применение дополнительных веществ - растворителя и эмульгатора, а также наличие неутилизированного осадка.
Известно устройство для переработки нефтесодержащих отходов (шламов), в котором предварительно обезвоживают шлам с помощью механического измельчителя с последующей термической обработкой при температуре 300-400°С во вращающемся трубчатом смесителе путем смешения обезвоженного «холодного» нефтешлама с щебнем (гравием) в массовом соотношении 1:2 или 1:3, предварительно нагретым во вращающейся барабанной печи, а для поддержания температуры термообработки во вращающемся смесителе в заданных пределах в него на выход подают дымовые газы из печей нагрева щебня или гравия (см. патент RU 2156750, Кл. C02F 11/12, опубл. 25.02.1998). К недостаткам известного устройства относятся потребность в обеспечении установки большим количеством щебня (гравия), а также большие энергозатраты на его термическую обработку в смеси с нефтешламом.
Недостатки известных решений заключаются также в том, что они не позволяют осуществить полную утилизацию твердых и/или жидких нефтесодержащих отходов, и не обеспечивают при этом высокую эффективность и полный цикл переработки сырья, включая отходы, нерационально используют полученное при горении тепло, при этом высокие потери получаемых углеводородов обусловлены конструкцией устройств. При переработке буровых отходов, содержащих большое количество агрессивных водорастворимых солей (обычно хлориды калия или кальция), известные устройства не позволяют провести их обезвреживание, т.к. соли остаются в продукте переработки.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в расширении технических возможностей путем обеспечения максимальной переработки нефтесодержащих отходов и их утилизации без нарушения экологической чистоты окружающей среды.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что установка для утилизации твердых и/или жидких нефтесодержащих отходов, содержащая устройство для температурной обработки, отстойник для разделения отходов на жидкую и твердую фракции и нефтеотделитель, который сообщен с выходом по жидкой фракции отстойника для разделения отходов, связан со сборником нефти и через фильтр с выпарной установкой, обеспечивающей выпаривание жидкости и получение концентрированного раствора соли и конденсата, при этом выход выпарной установки по концентрированному раствору соли сообщен с камерой горения устройства для температурной обработки для получения соли в сухом виде, а выход по конденсату через конденсатор последовательно сообщен с биофильтром и сборником очищенной воды для ее накопления, при этом выход отстойника для разделения отходов по твердой фракции сообщен с устройством для температурной обработки для высушивания с последующим выжиганием органических веществ и получением инертного минерального материала. Предпочтительно, чтобы в качестве выпарной установки была применена многоступенчатая вакуум-выпарная установка или термическая крекинг-установка, обеспечивающая высокотемпературную переработку.
Целесообразно, чтобы биофильтр был выполнен в виде цилиндрического двухсекционного корпуса с верхним расположением входа и с двумя сетками, верхней и нижней, между которыми расположен фильтрующий материал в виде гранул полимера, при этом на входе установлены распыляющие конденсат форсунки. Устройство для температурной обработки может быть связано при помощи транспортирующих средств, в частности шнека, со сборником инертного минерального материала, и сообщена с пылеуловителем для улавливания и конденсирования примесей и пыли из дымовых газов.
На фиг.1 изображена общая схема устройства утилизации твердых и/или жидких нефтесодержащих отходов, включая отстойник для разделения отходов и устройство для температурной обработки, работающее на газовом топливе, и их связи между собой;
на фиг.2 - изображена общая схема устройства утилизации твердых и/или жидких нефтесодержащих отходов, включая нефтеотделитель, многоступенчатую вакуум-выпарную установку, биофильтр и их связи между собой.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1. Твердые отходы, в частности, буровой шлам;
2. Загрузочное устройство;
3. Отстойник для разделения отходов на жидкую и твердую фракцию;
4. Шнек;
5. Устройство для температурной обработки;
6. Камера горения (топка);
7. Шнек;
8. Контейнер для солей;
9. Транспортер с рубашкой для охлаждения;
10. Бункер для отожженного шлама;
11. Отожженный гранулированный инертный минеральный материал;
12. «Мокрый» скруббер - пылеулавливатель;
13. Конденсатор;
14. Циркуляционная вода;
15. Дымосос;
16. Горелка для дожигания примесей в дымовых газах;
17. Концентрированный раствор солей на выходе из многоступенчатой вакуум-выпарной установки;
18. Хладоноситель, в частности вода, используемая для подпитки пылеуловителя;
19. Хладоноситель, в частности вода, используемая конденсатором 40;
20. Охлаждающая вода, направляемая из конденсатора 40 на градирню (на чертежах не показана);
21. Газовое топливо для горелок устройства для температурной обработки;
22. Жидкая фракция на основе солевого раствора, содержащая нефтепродукты;
23. Вода, предназначенная для размыва осадка в отстойнике 3 и представляющая собой загрязненную воду, поступающую из нефтеотделителя 26 после отстаивания;
24. Загрязненная вода, доставляемая автотранспортом
25. Осадок из нефтеотделителя;
26. Нефтеотделитель;
27. Фильтр с гравийно-песчаным фильтрующим материалом;
28. Теплообменник;
29. Многоступенчатая вакуум-выпарная установка;
30. Линия вакуума выпарной установки;
31. Сборник конденсата;
32. Вентилятор для отвода газовой среды из биофильтра 33;
33. Биофильтр;
34. Ультрафиолетовая лампа;
35. Очищенная вода;
36. Теплоноситель (прямой), в частности вода или пар, поступающие в вакуум-выпарную установку 29;
37. Теплоноситель (обратный), в частности вода или пар, поступающие из вакуум-выпарной установки 29;
38. Отработанная гравийно-песчаная засыпка из фильтра 27;
39. Нефть, идущая на подготовку нефти;
40. Конденсатор.
Установка для утилизации твердых и/или жидких нефтесодержащих отходов, в частности, буровых шламов 1, содержит отстойник 3 для разделения отходов на жидкую и твердую фракции, устройство 5 для температурной обработки твердой фракции и концентрированного раствора солей. Устройство 5 работает на газовом топливе 21 и обеспечивает высушивание твердой фракции при Т=100-500°С, а также выжигание из нее органических веществ при Т=300-700°С с получением при этом отожженного гранулированного инертного минерального материала 11, пригодного для использования в народном хозяйстве, в частности для строительства дорог. Кроме этого устройство 5 обеспечивает отжиг концентрированного раствора солей при Т=300-700°С с получением концентрата соли в сухом виде и удаляемых в потоке топочных газов водяных паров и полимеров. Устройство 5 для термообработки связано при помощи транспортирующих средств, в частности шнека 9, со сборником 10 инертного минерального материала 11, и сообщено с пылеуловителем, а именно с «мокрым» скруббером 12, предназначенным для улавливания пыли и конденсации примесей из дымовых газов, образующихся в устройстве 5.
Установка имеет нефтеотделитель 26, который сообщен с выходом по жидкой фракции отстойника 3 для разделения отходов и связан со сборником нефти по линии 39 и через фильтр с выпарной установкой 29, обеспечивающей выпаривание жидкости и получение при этом концентрированного раствора соли и конденсата. В качестве выпарной установки применена многоступенчатая вакуум-выпарная установка, обеспечивающая высокую степень концентрирования и сокращение энергозатрат на проведение процесса выпаривания. Возможно применение в качестве выпарной установки термической крекинг-установки, обеспечивающей высокотемпературную переработку (на чертежах не показана).
Выход по концентрированному раствору соли 17 выпарной установки 29 сообщен с камерой горения (топкой) устройства 5 для температурной обработки для получения концентрированной соли в сухом виде, а выход по конденсату через конденсатор 40 последовательно сообщен с биофильтром 33 и сборником
(на чертежах не показан) очищенной воды для ее накопления. В одном из вариантов биофильтр 33 выполнен в виде цилиндрического двухсекционного корпуса с верхним расположением входа и с двумя сетками: верхней и нижней, между которыми расположен фильтрующий материал, выполненный в виде гранул полимера, при этом на входе установлены распыляющие конденсат форсунки.
Установка работает следующим образом.
Твердые и/или жидкие нефтесодержащие отходы, в частности буровой шлам 1, доставляют на переработку и утилизацию автомобильным транспортом. Выгрузку шлама 1 производят в загрузочное устройство 2, куда сначала заливают воду из нефтеотделителя 26 и циркулируют ее насосом. Количество жидкости определяется физическим состоянием шлама: твердый шлам и/или жидкий, или полужидкий. Далее шлам 1 поступает в отстойник 3 для его разделения на жидкую и твердую фракции. Отстойник 3 может быть выполнен коническим, который также заполняется водой, например из нефтеотделителя 26, или циркуляционной водой 14. В отстойнике 3, в случае необходимости, производят размыв и оттаивание шлама.
Жидкую фракцию 22 на основе солевого раствора, содержащую нефтепродукты, шламовым насосом подают в нефтеотделитель 26, а шламовый осадок из отстойника 3 шнеком 4 подают в устройство 5 для температурной обработки. Во избежание забивания нижнего спуска отстойника шламом предусмотрена система подачи в нижний спуск воды под давлением для разрыхления осадка.
Кроме этого, в нефтеотделитель 26 подают загрязненную нефтепродуктами и солями воду 24, которую доставляют на переработку автомобильным транспортом. По своей конструкции нефтеотделитель 26 представляет собой стальной вертикально расположенный цилиндрический корпус с коническим днищем и вертикальной перегородкой в верхней части. Нефтеотделитель 26 снабжен уровнемерами, которые позволяют производить слив нефтяного слоя в наружный резервуар самотеком для повторного использования нефти. Отвод
отстоявшегося осадка шлама производят через патрубок, расположенный в нижней части конуса. Образовавшуюся в процессе отстаивания в нефтеотделителе 26 воду 23 подают на размыв шлама в отстойник 3 или на выпаривание. Перед упариванием воду 23, а точнее сказать солевой раствор, подвергают очистке на фильтрах 27, количество которых определяется из условия непрерывности процесса фильтрации, при этом фильтры работают попеременно. Целесообразно использование в качестве фильтрующих материалов песчано-гравийных смесей. Конструктивно каждый фильтр представляет собой стальной вертикально расположенный цилиндрический корпус, заполненный фильтрующим материалом. В случае забивки одного из фильтров загрязняющими веществами, улавливаемыми из раствора, переводят фильтрацию на второй фильтр, а загрязненный фильтр промывают. Отфильтрованную загрязненную воду 23 подают в теплообменник 28 для предварительного подогрева перед выпариванием. Нагрев производят до температуры примерно 60°С горячей водой - конденсатом, подаваемым из сборника 31 конденсата. Далее подогретая вода 23 - солевой раствор, поступает на выпаривание на выпарную установку 29. В одном из вариантов установка 29 выполнена многоступенчатой и представляет собой четырехкорпусной вертикальный вакуум-выпарной аппарат с выносными нагревателями.
Прохождение выпариваемой воды 23 по ступеням происходит от высшей температуры к низшей ступени с перепадом температуры по ступеням ориентировочно 15°С, при этом температура первой ступени может варьироваться в широком диапазоне, порядка 200-90°С.
Температура по ступеням выпаривания может быть, например, такая:
1 ступень выпаривания 100°С,
2 ступень выпаривания 85°С,
3 ступень выпаривания 70°С,
4 ступень выпаривания 55°С.
Греющим агентом в первой ступени испарения является перегретая вода с температурой 110°С. Обогрев последующих ступеней производится вторичным паром от предыдущей ступени выпаривания.
Циркуляцию выпариваемого раствора внутри ступеней осуществляют насосами.
Выпаривание загрязненной воды 23 ведут до уменьшения объема в 7-8 раз (увеличение концентрации сухих веществ в упаренной загрязненной воде, т.е. растворе солей, происходит примерно от 4,5-5% до 35-40%). В результате выпаривания получают концентрированный раствор солей и конденсат. Конденсат из последней ступени отводится через конденсатор 40. Весь конденсат собирают в сборнике 31. Конденсат, как хладоноситель 18, направляют на орошение дымовых газов в конденсатор 13 или на охлаждение в теплообменник 28 (нагреватель), где происходит нагрев прошедшей через фильтры воды 23 перед выпариванием. Конденсат охлаждается при этом до температуры примерно 20-30°С, после чего его подают на очистку в биофильтр 33. Биофильтр 33 представляет собой цилиндрический двухсекционный аппарат с двумя сетками - верхней и нижней, между ними располагается фильтрующий слой из гранул полимера. Снизу в фильтрующий слой подают сжатый воздух для обеспечения аэрации биопленки, сверху на фильтрующий слой распыляют через форсунки очищаемую сточную воду (конденсат). Вода последовательно проходит все секции фильтра, перемещение осуществляют насосами. Очищенную воду 35, выходящую из биофильтра 33, подают на обеззараживание на установку стерилизации ультрафиолетовым облучением лампой УФ 34. Очищенную и обеззараженную воду используют повторно, или в самой установке, а именно ее направляют на подпитку системы водооборота градирни, или для других целей. В результате выпаривания загрязненной воды 23 образуется конденсат и концентрированный раствор соли, который направляют в устройство 5 для температурной обработки на шнековый транспортер, расположенный в камере горения. В процессе перемещения шнеком 7 раствора соли происходит интенсивный нагрев топочными газами транспортной системы, в результате чего
происходит удаление жидкости и отжиг полимеров, присутствующих в составе буровых растворов. Испаряемые (выжигаемые) вещества удаляются через отверстия в верхней части корпуса шнека 7. Температурный режим устройства 5 раскрыт выше. На выходе из устройства 5 соль в сухом виде собирают в термоизолированные контейнеры.
В этом же устройстве 5 осуществляется температурная обработка твердой фракции шлама. Целью тепловой обработки твердой фракции осадка шлама 1 - является его очистка (обезвреживание) от примесей нефти и веществ, входящих в состав буровых растворов (соли, полимерные вещества и т.п.).
Тепловую обработку (сушку и обжиг) производят в устройстве для температурной обработки 5 в два этапа. Сушка происходит на решетке в псевдоожиженном слое, последующий обжиг производится непосредственно в топке процессора.
Подачу продукта в камеру теплового процессора производят шнеком 4.
Теплового режим работы в одном из вариантов может быть таким:
Температура в зоне сушки (кипящий слой)
300°С
Температура в камере горения
800°С
Температура обжига шлама и солей
500-600°С.
Сухой отожженный шлам, представляющий собой отожженный гранулированный инертный минеральный материал 11, собирается в нижней зоне устройства 5, откуда его транспортером 9 подают в сборник инертного минерального материала, а именно в приемный бункер 10 для отожженного шлама. Бункер 10 выполнен в виде стального вертикально расположенного цилиндрической формы корпуса с коническим днищем, снабженного реле уровня, по сигналу которого производится выгрузка отожженного шлама.
Охлаждение отожженного сухого шлама производят путем подачи в «водяную рубашку» транспортера 9 хладоносителя 19.
Получаемый инертный минеральный материал 11 находит применение, в частности, в качестве дорожного строительного материала.
Отходящие из устройства 5 для температурной обработки дымовые газы, содержащие пыль, поступают на пылеуловитель, а именно в «мокрый» скруббер 12.
Скруббер 12 представляет собой вертикальный расположенный цилиндрический корпус с коническим днищем, выполненный из нержавеющей стали и снабженный форсунками для распыления воды, расположенными в верхней части корпуса.
В верхней части скруббера 12 размещен конденсатор 13 для улавливания и конденсации примесей и паров из дымовых газов, которые поступают в корпус снизу.
Дымовые газы после орошения оборотной водой поступают в конденсатор 13, в котором для орошения газов циркулирует вода 14, подпитывая хладоноситель 18 из сборника 31, распыляемая форсунками. При этом происходит конденсация паров, присутствующих в отходящих газах после сушки и обжига, и дополнительное улавливание примесей из дымовых газов. Циркуляционную воду 14 частично отводят на размыв осадка в отстойник 3.
Очищенные дымовые газы дымососом 15 направляют в горелку 16 для дожигания примесей, где происходит дополнительное сгорание оставшихся в потоке газов примесей, после чего очищенный газ выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу.
Полезная модель позволяет существенно расширить технические возможности путем обеспечения максимальной переработки нефтесодержащих отходов и их утилизации без нарушения экологической чистоты окружающей среды.