СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕШЛАМОВ И ОТХОДОВ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА
PROCEDURE FOR UTILISATION OF OIL-SLIME AND REJECTS OF PRODUCTS OF OIL AND GAS PROCESSING

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а именно - к технологическим линиям для переработки нефтесодержащих отходов, и может быть использовано для переработки и утилизации нефтешламов и других отходов переработки нефти и газа.
Общеизвестно, что процессы добычи, переработки и транспортировки нефти приводят к ее потерям, составляющим миллионы тонн и загрязняющим окружающую природную среду обитания человека. Это приводит к неотлагательным мерам экологического и экономического характера по защите окружающей среды путем уменьшения потерь и повышения эффективности переработки и возврата продуктов переработки в хозяйственный оборот.
На решение данной задачи направлено настоящее техническое решение.
Известен способ, реализованный в технологической линии по переработке нефтесодержащих отходов, заключающийся в том, что предварительно из сырья готовят грубодисперсную среду путем механического смешения исходных нефтесодержащих отходов, подают ее в установку, где осуществляют предварительное смешивание сырья с водой, которую насыщают деэмульгатором, техническим моющим средством и получают эмульсию, затем осуществляют гомогенизацию и обработку полученной среды посредством гидродинамического диспергирования, после этого полученную среду разделяют на нефтяные отходы, воду и твердые отходы, которые подвергают утилизации (патент РФ на полезную модель RU 68507, МПК C10G 1/00, 2007 г.).
Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению, поэтому принято за прототип.
Недостатками прототипа являются невысокая эффективность переработки, качества получаемых продуктов и низкая производительность технологического процесса.
Технический результат от использования изобретения заключается в улучшении экологии путем повышения эффективности переработки, качества получаемой продукции и производительности технологии по разделению сырья на фазовые составляющие и в обеспечении возможности использования данной технологии для сырья, тяжело разделяемого при стандартных технологиях деэмульсации.
Указанный технический результат достигается за счет того, что
обработка сырья, поступающего на установку, происходит непрерывно, т.е. «старения» эмульсии не происходит, что является одним из факторов повышения эффективности технологического процесса;
обеспечивается возможность использования данной технологии для сырья, тяжело разделяемого при стандартных технологиях деэмульсации.
Кроме того, из-за:
- отсутствия привязки данной технологии к определенному виду сырья - возможность работы практически на любом виде сырья;
- высокой удельной производительности технологии по разделению сырья на фазовые составляющие и качество получаемой продукции;
- высокоэффективной схемы подготовки и обработки сырьевых компонентов в акустических кавитационных смесителях;
- использования высокоэффективной схемы разделения сырья на товарную продукцию, подготовленную избыточную воду и механических примесей с использованием внутриемкостных комплексов дополнительных устройств;
- использования высокоэффективной схемы отделения воды от механических примесей, основанной на принципе сепарации в гидроциклоне;
- использования высокоэффективной схемы очистки воды и механических примесей от нефтепродуктов, основанной на принципе напорной флотации и пневмосепарации с использованием смешения их с воздухом в акустическом кавитационном смесителе;
- использования в технологическом процессе «замкнутого» цикла отделившейся от сырья избыточной воды;
- повторного использования тепла нагретой воды в технологическом процессе;
использования нагретой воды в качестве теплоносителя, вместо нагрева эмульсии, с целью снижения пожароопасности технологии процесса;
- использования более низкой температуры технологического процесса (60°С) за счет применения нагретой воды в качестве теплоносителя, а так же создания благоприятных условий отстоя воды в нефтесодержащей среде, что способствует снижению асфальто-смолистых парафиновых отложений в технологическом оборудовании, тепловых потерь и потерь от испарения в ходе технологического процесса и при хранении товарной продукции.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.
Способ утилизации нефтешламов и отходов продуктов переработки нефти и газа, заключающийся в том, что предварительно из сырья готовят грубодисперсную среду путем механического смешения исходных нефтесодержащих отходов, подают ее в установку, где осуществляют предварительное смешивание сырья с водой, которую насыщают деэмульгатором, техническим моющим средством, затем осуществляют гомогенизацию и обработку полученной среды посредством гидродинамического диспергирования, после этого полученную среду разделяют на нефтяные отходы, воду и твердые отходы, которые подвергают утилизации. Осуществляют нагрев сырья и поддержание температуры сырья в диапазоне 55-60°С в резервуаре для оперативного хранения сырья путем подачи теплоносителя во встроенный змеевик с возможностью ускоренного прогрева сырья и поддержания рабочей температуры посредством подачи горячего теплоносителя, а затем сырье подают в устройство подрезки продукта, в котором осуществляют перемешивание сырья с насыщенной водой, техническим моющим средством и деэмульгатором и подготовку полученной среды с предварительным разделением на две фазы. В способе утилизации сырья на переделах его переработки используют четыре акустических кавитационных смесителя, каждый из которых выполнен в виде корпусного аппарата с патрубками для подвода технологических потоков рабочей смеси из полученной среды и воды или воздуха, внутри которого размещен акустический генератор, выполненный из неподвижного полого цилиндра с акустическими генерирующими каналами-кавитаторами, геометрические размеры и форма которых соответствуют свойствам и объему технологических потоков рабочей смеси в составе основной - подготовленной смеси и дополнительной среды - воды или воздуха, причем указанный акустический генератор соединен верхней частью, по крайней мере, с двумя конфузорами, выполненными с возможностью образования эжектора в месте их соединения для смешения основной смеси и дополнительной среды, а нижней частью упомянутый акустический генератор соединен с диффузором. После каждого из указанных смесителей обрабатываемую среду подают в соответствующие устройства ввода и разделения продукта для расслоения полученной эмульсии путем преобразования кавитационного потока в ламинарный поток, при этом геометрические размеры и форма акустических кавитационных смесителей и устройств ввода и разделения продукта соответствуют свойствам и объему технологических потоков рабочей смеси, выполняют обработку эмульсии в три стадии - предварительную, основную и дополнительную, причем на предварительной стадии выполняют предварительную деэмульсацию и обработку в первом акустическом кавитационном смесителе, данный процесс производят промывкой эмульсии горячей водой с температурой 55-60°С. После этого эмульсию подают в первое устройство ввода и разделения, в котором происходит разделение эмульсии на воду, направляемую на дополнительную обработку, и подготовленный продукт с остаточными количествами механических примесей и воды, последнюю смесь подают в устройство сбора продуктов, где ее нагревают до 60°С и подают на основную стадию обработки, которую осуществляют посредством термохимической деэмульсации при промывке эмульсии во втором акустическом кавитационном смесителе, данный процесс производят промывкой эмульсии горячей водой с температурой 55-60°С. После этого эмульсию подают во второе устройство ввода и разделения с разделением рабочей смеси на готовый товарный продукт и воду, которую подают на блок очистки избыточной воды, где выполняют дополнительную стадию обработки воды на третьем и четвертом акустических кавитационных смесителях и соответствующем третьем устройстве ввода и разделения и в гидроциклоне. В третьем устройстве ввода и разделения производят отделение воды от остатков товарного продукта с получением флотослоя - водной эмульсии товарного продукта, с помощью гравитационного отстоя, после этого флотослой направляют в устройство подрезки продукта, а воду с механическими примесями подают в четвертый акустический кавитационный смеситель, где осуществляют перемешивание эмульсии с получением суспензии избыточной воды, механических примесей и диспергированного в воде воздуха, которую подают на гидроциклон, в котором производят отделение механических примесей и в виде пульпы вывозят на утилизацию, при этом избыточную воду после отделения в гидроциклоне, в зависимости от результатов анализа, направляют в резервуар для последующего использования в технологическом процессе или вывозят на утилизацию.
Избыточную воду после отделения в гидроциклоне, в зависимости от результатов анализа, направляют в резервуар для последующего использования в технологическом процессе или вывозят на утилизацию. В качестве теплоносителя в технологическом процессе переработки отходов используют воду или антифриз.
Следует отметить, что при смешивании сырья с водой, насыщенной деэмульгатором и ТМС, процесс деэмульсации начинается не мгновенно, сначала происходит механическое перемешивание в устройстве подрезки продукта, при этом начинает отделяться вода с механическими примесями (как подтоварная, так и слабо связанная). Затем полученная эмульсия подается в 1 АКС, где происходит более качественное перемешивание эмульсии и воды, и процесс деэмульсации начинает происходить значительно быстрее (своего рода катализатор). Деэмульгатор действует на всех этапах процесса, так как процесс разрушения связей нефти и воды происходит в течение всего процесса, а эти связи имеют различные степени устойчивости, т.е. даже при добавлении деэмульгатора эмульсия частично сохраняется.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлена общая схема реализации способа; на фиг.2 - акустический кавитационный смеситель.
Способ утилизации нефтешламов и отходов продуктов переработки нефти и газа реализуют по схеме (фиг.1), включающей в себя: блок приема и подготовки сырья 1, устройство приема сырья 2, резервуары для хранения сырья 3, устройство подрезки продукта 4, блок предварительной деэмульсации 5, первый акустический кавитационный смеситель 8, первое устройство ввода и разделения 7, устройство сбора продукта 6, блок основной деэмульсации 9, второй акустический кавитационный смеситель 10, второе устройство ввода и разделения 11, устройство сбора продукта 12, блок хранения и налива товарного продукта 13, резервуары для хранения 14, устройство для выдачи 15, блок очистки воды от остатков товарного продукта 16, третий акустический кавитационный смеситель 17, третье устройство ввода и разделения 18, блок очистки воды от механических примесей 19, четвертый акустический кавитационный смеситель 20, гидроциклон 21, блок энергетический 22, резервуары для хранения воды 23, устройство для выдачи воды.
Для обозначения потоков смесей и эмульсий на этапах передела использованы следующие условные обозначения (СМ1-СМ15 - фиг.1):
- ТМС - техническое моющее средство,
- СМ1 - нефтешлам,
- СМ2 - подготовленная среда (нефтешлам + насыщенная техническим моющим средством и деэмульгатором вода),
- СМ3 - подготовленная смесь (нефтешлам + насыщенная техническим моющим средством и деэмульгатором вода + нагретая до 55-60°С вода),
- СМ4 - подготовленный продукт (продукт с отклонениями от параметров по качеству от ГОСТа или ТУ - повышенное содержание воды и механических примесей),
- СМ5 - подготовленный продукт + нагретая до 55-60°С вода,
- СМ6 - товарный продукт (соответствует всем параметрам ГОСТа или ТУ по качеству),
- СМ7 - избыточная вода с остатками товарного продукта и механическими примесями,
- СМ8 - избыточная вода с остатками товарного продукта и механическими примесями + воздух из атмосферы,
- СМ9 - флотослой (водная эмульсия товарного продукта),
- СМ10 - избыточная вода с механическими примесями,
- СМ11 - избыточная вода с механическими примесями + воздух из атмосферы,
- СМ12 - очищенная избыточная вода,
- СМ13 - очищенная избыточная вода на утилизацию,
- СМ14 - механические примеси в виде водной суспензии (пульпы),
- СМ15 - нагретая до 55-60°С вода, необходимая для технологического процесса,
- СМ-ДС - дополнительная среда (вода или воздух - фиг.2),
- СМ-К - смесь основной и дополнительной сред в кавитационном потоке (фиг.2),
- СМ-Л - смесь основной и дополнительной сред в ламинарном потоке (фиг.2).
Для осуществления основных технологических процессов при реализации данного способа на переделах переработки сырья используют четыре акустических кавитационных смесителя, каждый из которых выполнен в виде корпусного аппарата 25 с патрубками 26 для подвода технологических потоков рабочей смеси из полученной смеси и воды или воздуха, внутри которого размещен акустический генератор, выполненный в виде неподвижного полого цилиндра 27 с акустическими генерирующими каналами-кавитаторами 28, геометрические размеры и форма которых соответствуют свойствам и объему технологических потоков рабочей смеси в составе основной - подготовленной смеси и дополнительной среды - воды или воздуха. Указанный акустический генератор соединен верхней частью, по крайней мере, с двумя конфузорами 29 и 30, выполненными с возможностью образования эжектора в месте их соединения для смешения основной смеси и дополнительной среды, а нижней частью упомянутый акустический генератор 27 соединен с диффузором 31. Входные патрубки 32 и 33, а также выходной патрубок 34 связаны с технологическими магистралями.
После каждого из указанных смесителей обрабатываемый состав подают в соответствующие устройства ввода и разделения продукта для расслоения полученной среды путем преобразования турбулентного потока в ламинарный поток, при этом геометрические размеры и форма акустических генераторов кавитационных смесителей и устройств ввода и разделения продукта соответствуют свойствам и объему технологических потоков рабочей смеси. Обработку эмульсии выполняют в три стадии - предварительную, основную и дополнительную, причем на предварительной стадии выполняют предварительную деэмульсацию и обработку в первом акустическом кавитационном смесителе 8. Данный процесс производят промывкой эмульсии горячей водой с температурой 55-60°С, после этого эмульсию подают в первое устройство ввода и разделения 7, в котором происходит разделение эмульсии на воду, направляемую на дополнительную обработку и подготовленный продукт с остаточными количествами механических примесей и воды, последнюю смесь подают в устройство сбора продуктов 6, где ее нагревают до 60°С и подают на основную стадию обработки, которую осуществляют посредством термохимической деэмульсации при промывке эмульсии во втором акустическом кавитационном смесителе 10, данный процесс производят промывкой эмульсии горячей водой с температурой 55-60°С, после этого полученную среду подают во второе устройство ввода и разделения 11 с разделением рабочей смеси на готовый товарный продукт и воду и подают в блок 12, далее смесь подают на блок очистки избыточной воды, где выполняют дополнительную стадию обработки воды на третьем 16 и четвертом 19 акустических кавитационных смесителях и соответствующем третьем устройстве ввода 18 и разделения и в гидроциклоне 21. В третьем устройстве ввода и разделения 18 производят отделение воды от остатков товарного продукта с получением флотослоя - водной эмульсии товарного продукта, с помощью гравитационного отстоя, после этого флотослой направляют в устройство подрезки продукта, а воду с механическими примесями подают в четвертый акустический кавитационный смеситель 19, где осуществляют перемешивание эмульсии с получением суспензии избыточной воды, механических примесей и диспергированного в воде воздуха, которую подают на гидроциклон 21, где производят отделение механических примесей и в виде пульпы вывозят на утилизацию. Избыточную воду после отделения в гидроциклоне 21, в зависимости от результатов анализа, направляют в резервуар 23 для последующего использования в технологическом процессе или вывозят на утилизацию 24.
В технологическом процессе в качестве теплоносителя используют воду или антифриз.
Способ утилизации нефтешламов и отходов продуктов переработки нефти и газа может быть осуществлен как на стационарных, так и на передвижных модельных установках, выполненных в виде отдельных мобильных модулей. Каждый из модулей снабжен собственными буксировочными устройствами с возможностью формирования автопоезда или железнодорожной сцепки из платформ с закрепленными на них функциональными блоками, снабженными соответствующими средствами крепления к транспортным средствам и грузоподъемным механизмам, указанные функциональные блоки распределены по сцепке модулей в последовательности технологического процесса утилизации отходов с возможностью оперативного ее разворачивания на местности.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках, не выявило техническое решение, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Заявленное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть реализовано промышленным способом и использовано для переработки нефтесодержащих отходов и утилизации нефтешламов, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.
Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в прототипе - патенте РФ на ПМ RU 68507, ставшим общедоступным до даты приоритета полезной модели. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Анализ известных технических решений в области изобретения показал, что предложенный способ не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения, и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат. Т.е. заявленное изобретение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - повышение эффективности переработки, качества получаемой продукции и производительности технологии по разделению сырья на фазовые составляющие и обеспечение возможности использования данной технологии для сырья, тяжело разделяемого при стандартных технологиях деэмульсации.
Следовательно, предложенное техническое решение может быть  получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. соответствует условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Реализация изобретения осуществляется по следующим стадиям:
- Из емкости для приема и хранения сырья (нефтешламы и отходы продуктов переработки нефти и газа), где происходит ее нагрев до 55-60°С, сырье подается в устройство подрезки продукта. В нем происходит его предварительное смешение с насыщенной техническим моющим средством и деэмульгатором водой и гомогенизация полученной среды.
- Стадия предварительной деэмульсации с гидроакустической обработкой подготовленной среды.
На этой стадии выполняют предварительную деэмульсацию и обработку в первом акустическом кавитационном смесителе, изготовленном в виде корпусного аппарата с патрубками для подвода технологических потоков рабочей смеси из подготовленной эмульсии и воды, внутри которого размещен акустический генератор, выполненный из неподвижного полого цилиндра с акустическими генерирующими каналами-кавитаторами. Геометрические размеры и форма акустического кавитационного смесителя и первого устройства ввода и разделения продукта для расслоения полученной эмульсии соответствуют свойствам и объему технологических потоков рабочей смеси, при этом осуществляется расслоение эмульсии на избыточную воду с механическими примесями и подготовленный продукт с незначительным содержанием воды и механических примесей.
Данный процесс происходит в результате промывки подготовленной среды горячей водой с температурой 55-60°С в акустическом поле первого акустического кавитационного смесителя указанной выше конструкции и первого устройства ввода и разделения продукта посредством преобразования кавитационного потока рабочей среды в ламинарный.
- Стадия основной деэмульсации с гидроакустической обработкой подготовленного продукта.
На этой стадии выполняют основную обработку подготовленного продукта, которую осуществляют посредством термохимической деэмульсации. Данный процесс происходит в результате промывки подготовленного продукта горячей водой с температурой 55-60°С в акустическом поле второго смесителя указанной выше конструкции и второго устройства ввода и разделения продукта, где происходит послойное разделение на готовый товарный продукт и избыточную воду с незначительным содержанием механических примесей, посредством преобразования кавитационного потока рабочей среды в ламинарный.
Через устройства сбора продукта (где его предварительно нагревают до 60°С) подготовленный продукт подают во второй акустический кавитационный смеситель и второе устройство ввода и разделения продукта для основной его обработки с целью доведения товарного продукта до соответствия требованиям государственного стандарта или технических условий по качеству на него. Данный процесс осуществляют путем гравитационного разделение товарного продукта на два слоя: верхний слой - готовый товарный продукт, который подают на блок хранения и налива товарной продукции, и нижний слой - водная суспензия механических примесей, которую подают на блок очистки избыточной воды.
- Стадия очистки избыточной воды от остатков товарного продукта с пневмоакустической обработкой.
Вся избыточная вода с механическими примесями и остатками товарного продукта, полученная в ходе технологического процесса, из устройств подрезки продукта, ввода и разделения продукта поступает на третий акустический кавитационный смеситель, изготовленный в виде корпусного аппарата с патрубками для подвода технологических потоков рабочей смеси из избыточной воды и воздуха, внутри которого размещен акустический генератор, выполненный из неподвижного полого цилиндра с акустическими генерирующими каналами-кавитаторами. В нем происходит интенсивное перемешивание с целью получения суспензии избыточной воды, остатков товарного продукта, механических примесей с остаточным содержанием товарного продукта и диспергированного в воде воздуха. Полученная смесь механических примесей, товарного продукта, воды и воздуха из третьего акустического смесителя подается в третье устройство ввода и разделения продукта, где происходит гравитационное разделение смеси механических примесей, воды, остатков товарного продукта и воздуха с одновременным процессом флотации. Смесь делится на два слоя: верхний - флотослой (водная эмульсия товарного продукта), который подается в устройство подрезки продукта, для дальнейшего использования в технологическом процессе и нижний - водная суспензия механических примесей, которая поступает на блок очистки избыточной воды от механических примесей.
- Стадия очистки избыточной воды от механических примесей с пневмоакустической обработкой.
После разделения водная суспензия механических примесей, очищенная от остатков товарного продукта, подается на четвертый акустический кавитационный смеситель, изготовленный в виде корпусного аппарата с патрубками для подвода технологических потоков рабочей смеси из воды, механических примесей и воздуха, внутри которого размещен акустический генератор, выполненный из неподвижного полого цилиндра с акустическими генерирующими каналами-кавитаторами. В нем происходит интенсивное перемешивание с целью получения суспензии избыточной воды, механических примесей и диспергированного в воде воздуха. Полученная смесь подается на  следующую стадию - в гидроциклон.
- В гидроциклоне происходит отделение механических примесей, и в виде водной суспензии (пульпы) примеси выводятся в накопительную емкость и автопогрузчиком направляются на площадку хранения твердых отходов, откуда по мере накопления автотранспортом вывозятся на утилизацию. Полученная избыточная вода после отделения в гидроциклоне, в зависимости от результатов анализа, направляется в емкость для последующего использования в технологическом процессе или автотранспортом вывозится на утилизацию.
Температуру всего технологического процесса поддерживают в диапазоне 40-60°С путем подачи теплоносителя в имеющееся теплообменное оборудование, для прогрева сырья и поддержания рабочей температуры технологического процесса. В качестве теплоносителя в весенне-летний период эксплуатации используют воду, а в осенне-зимний период эксплуатации используют антифриз.
Использование предложенного способа утилизации нефтешламов и отходов продуктов переработки нефти и газа позволяет повысить эффективность мер экологического и экономического характера по защите окружающей среды путем уменьшения потерь нефти и повышения эффективности переработки нефтесодержащих отходов и возврата продуктов переработки в хозяйственный оборот.