УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ, ГРУНТОВ И НЕФТЕШЛАМОВ

Полезная модель относится к области защиты окружающей среды от негативного воздействия нефтяной отрасли, а именно к обезвреживанию нефтесодержащих грунтов химическим методом с использованием негашеной извести и может быть использована для переработки нефтешламов, обезвреживания почвы при ликвидации аварийных разливов нефти и продуктов ее переработки в полевых условиях при низких (отрицательных) температурах.
Известен двухроторный смеситель со шнековой выгрузкой, производимый ООО «Производство технологического оборудования Кама» [http://tehmash.promzone.ru/mini_zavod_p/smesitel_-do.htm], предназначенный для интенсивного перемешивания, разминания и пластификации масс с малой, средней или высокой вязкостью (далее «смеситель»). Смеситель состоит из корпуса, установленного на опорах. Корпус смесителя имеет цилиндрическую форму с двумя открывающимися загрузочными люками, расположенными в верхней и нижней части корпуса для загрузки и выгрузки продукта. Внутри корпуса расположены два горизонтальных вала с фигурными лопастями развернутыми относительно осей валов на угол, зависящий от перемешиваемого материала. В лопастях выполнены цилиндрические отверстия, что позволяет эффективно перемешивать смешиваемые компоненты до однородной массы. Лопасти смесителя могут быть выполнены различной конфигурации. В конструкции смесителя предусмотрен контроль качества загружаемой рецептурной смеси или отдельных компонентов, если они подаются последовательно, в виде решетки. Валы вращаются в опорах и приводятся в движение от электродвигателя через специальный редуктор. Конструкцией смесителя предусмотрено встречное движение массы вдоль стенок корпуса, при этом лопасти разделяют смешиваемую массу на слои и передают их в соседние зоны. Полученная однородная масса выгружается через нижний люк, который во время смешивания закрыт заслонкой, либо для выгрузки используется шнековое устройство.
Недостатком данного смесителя является то, что при низких (отрицательных) температурах в полевых условиях невозможно получить однородную смесь из смешиваемых компонентов, таких как замерзшие нефтешламы и нефтезагрязненные грунты с порошкообразным реагентом, так как замерзшие нефтезагрязненные материалы не позволят осуществить процесс перемешивания в смесителе и приводят к поломке перемешивающего устройства.
Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является установка для обезвреживания нефтезагрязненных почв, грунтов и нефтешламов [Патент RU№ 157884 от 21.07.2015]. Установка имеет цельный металлический корпус, условно разделенный на верхнюю «В» и нижнюю «Н» части. В верхней части корпуса выполнен бункер для предварительного подогрева нефтезагрязненного грунта, а в нижней части расположен смеситель с перемешивающим устройством, выполненным в виде двух шнеков с возможностью вращения шнеков во встречных направлениях, для осуществления процесса гомогенизации предварительно подогретого нефтезагрязненного грунта с реагентом и водой. Между бункером и смесителем расположен загрузочный люк, выполненный в виде шиберной задвижки. В верхней части смесителя предусмотрено устройство для подачи воды. Для удаления содержимого из смесителя в нижней его части расположен разгрузочный люк. Корпус установки имеет двойную стенку, а образованная между стенками корпуса герметичная полость «V» заполнена теплоносителем в виде низкозамерзающей жидкости. Для осуществления процесса обезвреживания нефтезагрязненного материала в условиях низких (отрицательных) температур предусмотрено устройство принудительной подачи углекислого газа в смеситель, выполненное, в виде баллона, наполненного жидкой углекислотой, трубки и вентиля. Принудительная подача углекислого газа в смеситель в процессе обезвреживания ускоряет химическую реакцию, что повышает интенсивность формирования микрокапсул и упрочнения оболочек капсулированного материала внутри установки.
Недостатком установки является то, что подача углекислого газа в смеситель регулируется при помощи вентиля, который для повышения интенсивности формирования микрокапсул и упрочнения оболочек капсулированного материала внутри установки должен в течение некоторого времени находиться в открытом положении во время работы перемешивающего устройства. Длительная принудительная подача углекислого газа в смеситель приводит к протеканию очень бурной химической реакции и выделению большого количества энергии за относительно короткий промежуток времени. При осуществлении процесса обезвреживания нефтезагрязненного материала в условиях низких (отрицательных) температур окружающей среды эта энергия быстро теряется путем рассеивания в атмосфере. Следовательно, мерзлые куски нефтезагрязненной почвы, находящиеся в верхней части корпуса бункера, могут не успеть оттаять и процесс обезвреживания в полной мере не завершится.
Техническим результатом полезной модели является создание энергоэффективной установки, которая гарантированно позволит осуществить процесс обезвреживания нефтезагрязненных почв, грунтов и нефтешламов в условиях низких (отрицательных) температур окружающей среды, используя длительное время тепловую энергию экзотермического процесса химического обезвреживания, полученной в ходе химической реакции.
2
2
Данный технический результат достигается тем, что установка для обезвреживания нефтезагрязненных почв, грунтов и нефтешламов имеет управляющее устройство подачи углекислого газа (СО) в смеситель, выполненное, например, из трубки, соединяющей смеситель и баллон, наполненный жидкой углекислотой (СО), температурного датчика, установленного внутри смесителя и клапана, который регулирует подачу углекислого газа в смеситель.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг. представлен:
а) главный вид предложенной установки для обезвреживания нефтезагрязненных почв, грунтов и нефтешламов при низких температурах;
б) поперечный разрез установки.
1
1
2
2
2
2
Установка состоит из цельного металлического корпуса 1, установленного на опорах 2. Корпус 1 установки выполнен с двойной стенкой и условно разделен на верхнюю «В» и нижнюю «Н» части. Верхняя «В» часть корпуса представляет собой бункер 3, предназначенный для предварительного подогрева нефтезагрязненного грунта. Нижняя часть «Н» корпуса представляет собой смеситель 4, выполненный из двух, коаксиально расположенных металлических цилиндров - наружного и внутреннего. Между внутренним диаметром наружного цилиндра D и внешним диаметром внутреннего цилиндра d образована герметичная полость V, переходящая в верхнюю часть «В» корпуса 1. Герметичная полость V, образованная в стенке корпуса, заполнена теплоносителем в виде низкозамерзающей жидкости, например, Dixis-65 у которой температура замерзания соответствует 65°С ниже нуля. Смеситель 4 содержит перемешивающее устройство для осуществления процесса гомогенизации предварительно подогретого нефтезагрязненного грунта с реагентом и водой. Перемешивающее устройство выполнено в виде двух шнеков: верхнего 5 и нижнего 6, имеющих возможность вращения во встречных направлениях, у которых оси вращения совпадают с осями О-О и О-О. Верхний шнек 5 является ведомым, а нижний 6 – ведущим. Между бункером 3 и смесителем 4 расположен загрузочный люк 7, выполненный в виде шиберной задвижки. В нижней части смесителя выполнен разгрузочный люк 8. Вода в смеситель 4 подается через устройство для подачи воды 9, расположенное в верхней части смесителя 4 и выполненное, например, в виде трубки. Управляющее устройство подачи углекислого газа (СО) в смеситель 4, выполнено в виде баллона 10, наполненного жидкой углекислотой (СО), трубки 11, соединяющей баллон 10 и смеситель 4, температурного датчика 12, представляющего собой термоэлектрический преобразователь с металлическими термопарами в качестве термочувствительных элементов предназначенные для измерения температуры в верхнем диапазоне не ниже плюс 300°С и изготовленных в соответствие с ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия», установленного внутри смесителя 4 и клапана 13, который регулирует подачу углекислого газа в смеситель 4. Температурный датчик 12 и клапан 13 связаны между собой при помощи пары изолированных проводников, например, проводников скрученных между собой, покрытых пластиковой оболочкой.
Установка для обезвреживания нефтезагрязненных почв, грунтов и нефтешламов работает следующим образом.
Нефтезагрязненный материал и реагент - негашеная известь (СаО) в компонентном соотношении, которое определяется согласно «Методике определения потребного количества компонентов для осуществления реагентного капсулирования» [«Переработка и утилизация нефтешламов и нефтезагрязненных материалов, образующихся в местах добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья»: Монография/Л.О. Штриплинг и др., стр. 51-55, М-во обр. и науки РФ, Омский гос. техн. ун-т – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013.-176с.], из бункера 3, расположенного в верхней «В» части корпуса 1, через загрузочный люк 7, загружают в смеситель 4, расположенный в нижней «Н» части корпуса 1. Затем загрузочный люк 7 закрывают и в бункер 3 загружают новую партию замерзшего нефтезагрязненного материала для предварительного подогрева, в результате которого происходит оттаивание замерзшего нефтезагрязненного материала. Включают привод, который приводит в движение перемешивающее устройство, для осуществления процесса гомогенизации нефтезагрязненного материала с реагентом. В полученную гомогенизированную смесь через устройство для подачи воды 9, согласно приведенной выше методике, добавляют воду, после чего происходит дальнейшее перемешивание указанной смеси. В процессе взаимодействия гомогенизированной смеси с водой происходит химическая реакция с образованием гидроксида кальция (реакция гидратации) и выделением большого количества тепла. Длительность стадий гомогенизации и гидратации зависит от вида обезвреживаемого нефтезагрязненного материала [«Переработка и утилизация нефтешламов и нефтезагрязненных материалов, образующихся в местах добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья»: Монография/Л.О. Штриплинг и др., стр. 126, М-во обр. и науки РФ, Омский гос. техн. ун-т - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013.-176с.]. После окончания стадий гомогенизации и гидратации происходит постепенное понижение температуры внутри смесителя 4. При понижении температуры внутри смесителя 4 до 60°С срабатывает температурный датчик 12, в этот момент открывается клапан 13 и из баллона 10 по трубке 11 в смеситель 4 поступает некоторый объем углекислого газа. В результате взаимодействия углекислого газа с гидроксидом кальция вновь начинается химическая реакция с выделением тепла, в ходе которой происходит формирование оболочки из карбоната кальция на поверхности нефтезагрязненного материала. Спустя некоторое время температура внутри смесителя 4 вновь постепенно снижается до 60°С, в результате срабатывает температурный датчик 12, открывается клапан 13 для подачи углекислого газа в смеситель 4, и химическая реакция возобновляется. В таком режиме управляющее устройство работает до момента, пока температура внутри смесителя 4 после подачи углекислого газа не перестанет повышаться, что указывает на завершение процесса обезвреживания нефтезагрязненных материалов внутри установки.
Такая постепенная подача углекислого газа при помощи управляющего устройства, совмещенная с перемешиванием, позволяет завершить процесс упрочнения оболочек капсулированного материала внутри установки даже в условиях низких (отрицательных) температур окружающей среды. Причем, полученный таким образом капсулированный материал, сразу после выгрузки наружу будет иметь прочную, водонепроницаемую, биологически нейтральную для окружающей природной среды оболочку из карбоната кальция.
Таким образом, предложенная установка для обезвреживания нефтезагрязненных почв, грунтов и нефтешламов в условиях низких (отрицательных) температур окружающей среды, используя длительное время тепловую энергию экзотермического процесса химического обезвреживания, позволяет завершить процесс образования микрокапсул и завершить процесс обезвреживания нефтезагрязненных материалов внутри установки.