СПОСОБ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПЕРЕРАБОТКИ УСТОЙЧИВЫХ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И ЗАСТАРЕЛЫХ НЕФТЕШЛАМОВ
PROCEDURE AND PROCESS INSTALLATION FOR TREATMENT OF SLOW-BREAKING OIL EMULSIONS AND OLD OIL SLIMES

Изобретение относится к технологии утилизации устойчивых нефтяных эмульсий и застарелых нефтешламов, которые образуются при длительном хранении в амбарах, искусственных озерах, а также в условиях действующих нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий. Изобретение направлено на создание способа и технологической установки для переработки устойчивых нефтяных эмульсий и застарелых нефтешламов в любых климатических условиях при температуре окружающей среды от -30 до +45°С.
Известна технология получения топливной композиции на основе тяжелой нефтяной фракции с добавлением нефтешлама путем смешения отделенного от механических примесей более 200 мкм и избытка воды, после чего смесь подвергают эмульгированию, при этом содержание нефтешлама в смеси составляет 1-50% (патент RU 2030447, С L 1/32 10.03.1995 г.). Общим для известной технологии и предлагаемого способа является то, что состав топливной композиции включает тяжелую нефтяную фракцию и нефтешламы, а также предварительное удаление механических примесей и избытка воды перед смешиванием компонентов композиции. Недостатки известного способа: низкая подготовка нефтешламов, степень эффективности работы гидроциклона по очистке минеральных примесей около 20-30%, сложность отделения воды и механических примесей от нефтешламов при плотности нефтепродукта около 0,95 и выше.
Известна технология получения топливной композиции на основе нефтешлама с тяжелой нефтяной фракцией путем смешения отделенного от грубых механических примесей и воды. Нефтешлам нагревается до 70-80°С и подвергается эмульгированию. После эмульгирования нефтешлам смешивается с тяжелой нефтяной фракцией (патент RU 2078119, C10L 1/32 от 27.04.1997 г.). Общим для известной технологии и предлагаемого способа является то, что состав топливной композиции включает нефтешлам и тяжелую нефтяную фракцию и нагревание и эмульгирование нефтешлама перед смешиванием компонентов композиции. Недостатком известной технологии является длительный процесс подготовки нефтешламов, а также сложность получения однородной смеси нефтешлама с мазутом в резервуаре товарного парка.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому способу является технология получения топливной композиции, описанная в патенте RU 2252244, С10L 1/32, С10L 1/04 от 02.07.2003 г. Получаемая композиция содержит 1-7% ловушечного нефтепродукта, 3-9% тяжелого газойля каталитического крекинга, либо тяжелого газойля замедленного коксования, либо тяжелой пиролизной смолы, либо кубового остатка производства бутиловых спиртов и остальное топочный мазут. Композицию получают путем предварительного смешивания 10-70% ловушечного нефтепродукта с 30-90% тяжелого газойля каталитического крекинга, либо тяжелого газойля замедленного коксования, либо тяжелой пиролизной смолы, либо кубового остатка производства бутиловых спиртов при температуре 20-70°С. Полученную смесь затем смешивают с топочным мазутом при температуре 25-50°С с получением количественного состава вышеуказанной топливной композиции.
Недостаток полученной по этой технологии топливной композиции связан с использованием тяжелого газойля замедленного коксования, тяжелой пиролизной смолы, кубовый остаток бутиловых спиртов и заключается в:
- ограниченном количестве отходов ТГЗК, ТПС, КОБС (стабилизаторы);
- при смешении стабилизаторов уменьшается количество переработанного нефтешлама.
Недостатками способа являются:
- необходимость использовать дополнительное оборудование, из-за чего усложняется технологическая схема;
- весь перечень стабилизаторов возможен только на (НПЗ) нефтеперерабатывающем заводе;
- установка стационарная и для использования в другом регионе необходимы большие капитальные вложения;
Известна установка для термической переработки нефтешламов (патент RU 2229060, опубл. 21.02.2007 г.), содержащая загрузочный бункер, камеру пиролиза, сообщенную с камерой сгорания, систему подачи воздуха в камеры и патрубки отвода газообразных продуктов горения, вытяжной вентилятор. В процессе работы установки перерабатывается нефтешлам. Недостатком данного устройства является уничтожение углеводородного сырья, при этом не обеспечивается безопасность загрязнения атмосферы дымовыми газами из-за использования металлических стружек, которыми заполнен нейтрализатор.
Известна установка по утилизации обводненного нефтепродукта (патент RU 2214298, опубл. 20.10.2003 г.), которая содержит сырьевую и реагентные емкости, соединенные через насос с емкостью обезвоживания, которая подсоединена к сепаратору и котлу. Емкость обезвоживания размещена над котлом, соединенным через ректификационную колонну с сепаратором и нагревательной печью, при этом топочные горелки котла и нагревательной печи соединены с сепаратором и ректификационной колонной, а котел через дополнительный сепаратор соединен с реагентной емкостью. Общим для известного устройства и предлагаемого изобретения является то, что в процессе работы установки перерабатывается обводненный нефтепродукт - нефтешлам. Недостатком данного устройства является ее ограниченность, невозможность перерабатывать тяжелые нефтешламы. Установка неработоспособна в полевых условиях, можно эксплуатировать только на НПЗ, предъявляется повышенное требование к качеству нефтешламов.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому устройству является установка для переработки нефтешлама (патент РФ RU 2293817, опубл. 20.02.2007 г.). Установка содержит насос, паропроводы, трубопроводы, котельную для подготовки пара, амбар, связанный с трубопроводом с узлами накопления и переработки нефтешлама и его компонентов и далее с помощью насосов, емкостей и трубопроводов дискретно с емкостями колесного транспорта. Общим для аналога и предлагаемого устройства является сбор и переработка загустевшей нефти в любых климатических условиях при температуре окружающей среды от -25°С до +45°С. Недостатком данного устройства является незаконченный технологический цикл, так как термоотстоем невозможно освободиться от устойчивых эмульсий, которые содержатся в нефтешламах. При освобождении устойчивых эмульсий с помощью деэмульгатора себестоимость переработки нефтешламов возрастает в два раза.
Технической задачей заявляемого изобретения является:
- быстрая и качественная подготовка нефтешламов;
- уменьшение отрицательного воздействия на окружающую среду;
- увеличение доли переработки нефтешламов:
- мобильность установки, быстрая установка как на полигоне, так и на промышленной площадке, НПЗ;
- сокращение времени на монтажные, пуско-наладочные работы.
Все технические преимущества данной установки обусловлены тем, что все основное оборудование смонтировано в трех контейнерах. В первом контейнере - узел забора нефтешлама. Во втором контейнере - насосная. В третьем контейнере - дезинтеграторная. Остальная часть установки которая состоит из емкостного оборудования и включая в себя узел приема и хранения нефтешламов, узел приема и хранения мазута (стабилизатор), узел приема и хранения топочного мазута завозится одновременно с основным оборудованием на полигон. На месте установки оборудования производятся монтажные работы по соединению всех узлов с помощью трубопроводов которые присоединяют к фланцам. На всех контейнерах для быстроты монтажных работ, на выведенных штуцерах с фланцами за стенку контейнера нанесена маркировка с указанием направления потока и название продукта. На емкостях предусмотрены свои фланцевые соединения.
Поставленную задачу решают за счет того, что предлагается способ переработки устойчивых нефтяных эмульсий и застарелых нефтешламов, включающий подготовку нефтешламов, которую проводят следующим образом: смесь нефтешламов и стабилизатора (мазут марки М-100) утилизируют компаундированием в топочный мазут, для чего используют дезинтегратор, где происходит образование гомогенного полидисперсного продукта 5-15 мкм вода-нефть, мазутом дополнительно стабилизируют водно-нефтяную эмульсию, нефтешлам закачивают насосом из амбара и прокачивают через пароподогреватель, где нагревают подаваемым в межтрубное пространство водяным паром до температуры 40 -140°С и проводят дезинтегрирование. Дезинтегрирование проводят по схеме: насосом 10 качается стабилизатор из емкости 19 через регулирующий клапан в приемный коллектор дезинтеграторов 13, 14. Параллельно (или одновременно) насосом 12 качается нефтешлам из емкости 6 через регулирующий клапан в приемный коллектор дезинтеграторов 13,14. Где проходит первичное смешивание стабилизатора и нефтешлама с последующей подачи смеси через дезинтегратор в емкость 15.
При этом расход нефтешлама, подаваемого на дезинтегратор, контролируют диафрагмой и регулируют клапаном. Мазут марки М-100 (стабилизатор) подается по трубопроводу в емкость 19. Такая схема предусмотрена при работе установки на промышленной площадке, подвоз мазута автотранспортом осуществляется при работе в полевых условиях. Уровень в емкости контролируется уровнемером, температура продукта в емкости контролируется термопарой. В случае если температура продукта будет ниже 40°С, включается схема циркуляции: из емкости 19 насосом 10, 11 прокачивается мазут через пароподогреватель 7 в емкость 19. Из емкости 19 стабилизатор подается на смешение с нефтешламом в приемный трубопровод дезинтегратора 13, 14 и далее на дезинтегрирование. Насос 11 обвязан по двум потокам и является резервным для насосов 10, 12. Дезинтеграторы обвязаны по схеме таким образом, что они могут работать параллельно или последовательно в зависимости от получаемого продукта. Установка для реализации способа состоит из следующих узлов:
1. Узел забора нефтешламов состоит из насосного оборудования, которое предназначено для забора нефтешламов из амбаров и включает насосы, и теплообменник для разогрева перекачиваемого нефтешлама (все оборудование смонтировано в ж/д контейнере).
2. Узел приема и хранение нефтешламов представляет собой емкостное оборудование, которое предназначено для первичной подготовки нефтешламов.
3. Узел приема и хранение для мазута марки М-100 (стабилизатор) предназначен для хранения мазута, который используется в технологическом процессе по переработке нефтешламов.
4. Насосная состоит из насосного оборудования, которое предназначено для перекачки стабилизатора, подготовленного нефтешлама, компонента топочного мазута (все оборудование смонтировано в ж/д контейнере).
5. Дезинтеграторная состоит из дезинтегратора, где происходит переработка нефтешламов, и насоса по откачке топочного мазута (все оборудование смонтировано в ж/д контейнере).
6. Узел приема и хранение мазута состоит из емкостного оборудования, которое предназначено для временного хранения готового нефтепродукта, где производится паспортизация и подготовка к транспортировки нефтепродукта.
На Фиг.1 представлена технологическая установка переработки устойчивых нефтяных эмульсий и застарелых нефтешламов, где:
1 - узел приема нефтешлама из амбара;
2 - узел сброса подтоварной воды;
3 - насос Н-1 по закачке нефтешлама;
4 - узел приема мазута марки М-100 (стабилизатора) из емкости Е-2;
5 - узел откачки топочного мазута;
6 - емкость Е-1;
7 - пароподогреватель Т-1;
8 - узел подачи пара на установку;
9 - выход парового конденсата с установки;
10 - насос Н-2;
11 - насос Н-3;
12 - насос Н-4;
13 - дезинтегратор Д-1;
14 - дезинтегратор Д-2;
15 - емкость Е-3;
16 - емкость Е-4,5;
17 - насос Н-5;
18 - емкость Е-6;
19 - емкость Е-2.
Рассмотрим работу установки для осуществления способа переработки устойчивых нефтяных эмульсий и застарелых нефтешламов, включающего подготовку нефтешламов, получение и откачку технологического мазута.
3
Подготовка нефтешламов - технология утилизации смеси нефтешламов и стабилизатора (мазут марки М-100) компаундированием в мазут с использованием дезинтегратора, предназначенного для создания гомогенного полидисперсного продукта. Мазут дополнительно стабилизирует водно-нефтяную эмульсию вследствии плотности, близкой к плотности воды, и содержащихся в них конденсированных ароматических, олефиновых и диеновых углеводородов. Нефтешлам закачивается насосом 3 из амбара и прокачивается через пароподогреватель 7, где нагревается водяным паром, подаваемым в межтрубное пространство, до температуры 40-140°С. Нагретый нефтешлам поступает в емкость 6. Паровой конденсат после пароподогревателя направляется через конденсатор-отводчик и подается на обогрев бытовых помещений, спутников, регулирование ведется на узле гребенки. Охлажденный паровой конденсат возвращается для повторного нагрева. Для отделения воды и механических примесей нефтешлам подается в емкость 6 расходом до 16 м/ч. Расход контролируется диафрагмой и регулируется клапаном. При заполнении емкости 6 до 80% объема подача нефтепродукта прекращается. Уровень в емкости измеряется уровнемером. При достижении предельных значений 10% или 80% уровня емкости срабатывает световая и звуковая сигнализация на щите в операторной. Температура в емкости регулируется термопарой. В емкости 6 дренирование воды и регулирование уровня осуществляются вручную.
Для определения качества нефтешламов выполняются анализы проб, составленных из точечных проб, отобранных из трех уровней емкости (верх - середина - низ), согласно ГОСТ 2517-85. Процесс отстаивания нефтепродукта и выделение из него водной фракции интенсивнее происходит при температуре 40-90°С. Если температура нефтешлама в емкости 6 ниже 40°С, то включается схема циркуляции: из емкости 6 насосом 11, 12 через пароподогреватель 7 обратно в емкость 6. Циркуляция проводится до достижения температуры нефтешламов 40-90°С, после чего циркуляция прекращается. Для интенсивного смешивания и быстрой подготовки нефтешламов в емкость был установлен маточник. Маточник представляет собой трубу, которая расположена по всей длине в нижней части емкости с перфорированными отверстиями под углом 45°, диаметр количеств отверстий соответствует общему диаметру коллектора. Емкость 6 ставится на отстой не менее 8 часов для усреднения нефтешламов и максимально возможного удаления воды - дренирования и проведения анализа качества объединенной пробы нефтешлама, отобранной по ГОСТ 2517-85 на содержание воды. Технологические операции по циркуляции, дренированию воды из нефтешламов могут производиться неоднократно до получения положительных результатов анализов нефтешламов (содержание воды не более 50 мас.%).
После отстоя нефтешлама в емкости 6 производится дренирование отстоявшейся воды либо в канализацию стоков, если установка стоит на промышленной площадке или на НПЗ, либо в емкость дополнительного отстоя 18 вместе с механическими примесями и эмульсией для дальнейшего отстоя и подрезки воды из емкости. Уровень в емкости дополнительного отстоя 18 контролируется уровнемером, температура - термопарой и все выведено на щит в операторной.
3
Получение и откачка технологического мазута - подготовленный нефтешлам поступает на прием насоса 11, 12 и подается на дезинтегрирование по схеме: насосом 10 качается стабилизатор из емкости 19 через регулирующий клапан в приемный коллектор дезинтеграторов 13,14. Параллельно (или одновременно) насосом 12 качается нефтешлам из емкости 6 через регулирующий клапан в приемный коллектор дезинтеграторов 13,14. Где проходит первичное смешивание стабилизатора и нефтешлама с последующей подачи смеси через дезинтегратор в емкость 15. Расход нефтешлама, подаваемого на дезинтегратор, составляет (2-3 м/ч) и контролируется диафрагмой и регулируется клапаном.
Стабилизатор подается по трубопроводу в емкость 19. Такая схема предусмотрена при работе установки на промышленной площадке, подвоз мазута автотранспортом осуществляется при работе в полевых условиях. Уровень в емкости контролируется уровнемером, температура продукта в емкости контролируется термопарой. В случае если температура продукта будет ниже 40°С, то включается схема циркуляции: из емкости 19 насосом 10, 11 прокачивается мазут через пароподогреватель 7 в емкость 19. Из емкости 19 стабилизатор подается на смешение с нефтешламом в приемный трубопровод дезинтегратора 13, 14 и далее на дезинтегрирование. Насос 11 обвязан по двум потокам и является резервным для насосов 10, 12. Дезинтеграторы обвязаны по схеме таким образом, что они могут работать параллельно или последовательно в зависимости от получаемого продукта.
3
Количество стабилизатора (6-9 м/ч), поступающего на смешение с нефтешламом, контролируется диафрагмой и регулируется клапаном. Соотношение стабилизатора к нефтешламу выбирается, исходя из качества получаемого компонента технологического мазута после дезинтегратора 13, 14. Расчетное соотношение стабилизатора к нефтешламу составляет 3:1. В дезинтеграторе методом ударной обработки происходит образование гомогенного полидисперсного продукта - компонент топочного мазута. При заполнении емкости 15 отбирается средняя проба с трех уровней в соотношении 1:3:1 согласно ГОСТ 2517-85 для определения требуемых показателей качества. (1:3:1) - одна проба отбирается с верхней части емкости, три пробы отбираются с середины емкости и одна проба с нижней части емкости. Все пробы смешиваются и делается усредненный анализ.
Емкость 15 оборудована уровнемером, при достижении 10% или 80% уровня гомогенного нефтепродукта в емкости срабатывает световая и звуковая сигнализация на щите в операторной. Температура контролируется термопарой. При заполнении емкости 15 производится отстой компонента топочного мазута с последующим отбором проб для определения содержания влаги и стабильности, составленной из проб, отобранных из трех уровней (верх, середина, низ) согласно ГОСТ 2517-85. Если по результатам анализов будет выявлено нарушения по влаге или стабильности, то собирается схема по перекачке технологического мазута из емкости 15 насосом 10, 11 в одну из емкостей 16, выбранную под хранение некондиционного продукта, не останавливая откачку технологического мазута с установки. Из выбранной емкости некондиционный мазут направляется на повторное дезинтегрирование. При получении положительных результатах анализов в емкости 15 собирается схема по откачке технологического мазута с установки. Расход стабилизатора на смешение с некондиционным компонентом топочного мазута выбирается исходя из содержания в нем воды. В случае нарушения только стабильности получаемого компонента топочного мазута проводится повторное его дезинтегрирование без добавления стабилизатора. Готовый компонент топочного мазута из емкости 15 насосом 10, 11 перекачивается в емкость 16 с последующей откачкой насосом 17 в топочный мазут.
Для предотвращения попадания нефтепродукта в канализацию или на землю на установке имеется емкость 18. В систему закрытого дренирования входят линии опорожнения аппаратов и трубопроводов при подготовке к ремонту, дренирование подтоварной воды из емкостей и от сальников насосов. По мере заполнения емкости 18 производится откачка нефтепродукта насосом 12 в емкость 6, а подтоварная вода сбрасывается в стоки ЭЛОУ или вывозится специальным транспортом.