Мобильный комплекс по переработке промышленных нефтесодержащих отходов с помощью метода термической десорбции
MOBILE SYSTEM FOR PROCESSING INDUSTRIAL PETROLEUM-CONTAINING WASTE BY THE THERMAL DESORPTION METHOD

Изобретение относится к устройствам по переработке промышленных нефтесодержащих отходов и может быть использовано при очистке нефтезагрязненных земель на нефтяных месторождениях, а также при переработке содержимого шламовых амбаров.
Известно устройство для переработки нефтяных отходов по патенту РФ № 2627784, содержащее корпус шнекового транспортера, помещенный в него шнек, нагреватель, отличающееся тем, что дополнительно содержит парогенератор, при этом корпус шнекового транспортера в верхней части выполнен в виде прямоугольного короба, нижняя стенка которого выполнена в виде пористой пластины с пористостью 0,2-0,6, на которой установлен горизонтальный трубный пучок, а в нижней части корпус выполнен в виде двух полуцилиндрических желобов, установленных параллельно и соединенных по образующей цилиндрической поверхности, шнек выполнен в виде двух спиралей, каждая из которых установлена в полуцилиндрическом желобе, а по оси каждой спирали установлена труба с пористой стенкой, которая своим входом соединена с парогенератором, выход каждой трубы с пористой стенкой подключен к прямоугольному коробу, а нагреватель в виде трубного пучка установлен с внешней стороны на корпусе транспортера и своим входом подключен к выходу горизонтального трубного пучка.
Недостатком данного устройства является сложность циклического процесса загрузки нефтяных отходов через шлюзовые затворы.
Известна индукционная термическая десорбционная установка для термического обезвреживания промышленных нефтесодержащих отходов по патенту РФ № 2753356, отличающаяся тем, что она содержит блок подачи исходного материала, выход которого соединен с входом модуля термической обработки шнеком и/или трубопроводом с насосом, причем обе линии подачи в блок термической обработки оснащены системой подогрева транспортируемого материала, выход модуля термической обработки по твердому продукту подключен к блоку выгрузки обработанного материала, а по газообразному продукту - к блоку очистки газов, выходы которого подключены к блоку конденсации и сепарации, а также к блоку очистки несконденсированных газов, выходы блока конденсации и сепарации подключены через блок системы охлаждения к накопительным емкостям, при этом блок подачи исходного материала содержит бункер, в котором размещены, по меньшей мере, две мешалки и рабочая площадка с лестницей, причем на верхней части бункера блока подачи исходного материала дополнительно установлен датчик уровня исходного материала, блок выгрузки содержит разгрузочный бункер, разгрузочный шнек, контролируемый бункер твердой фазы, на верхней части которого установлен датчик уровня обработанного материала, а в бункере установлен перемешиватель, который выполнен с возможностью управления указанным датчиком уровня, поворотный клапан, установленный между блоком выгрузки термообработанного материала и выгрузочным шнеком, выполненный с возможностью регулировать уровень материала, причем модуль термической обработки выполнен в виде набора секционных камер термообработки, изготовленных из износостойкой стали с бесконтактной кольцевой локальной индукционной системой нагрева, и содержит рубашку, наполненную теплоносителем, а также шнек-смеситель, который обеспечивает движение материала к месту выгрузки термообработанного материала, причем скребки шнека-смесителя содержат механизм настройки, позволяющий минимизировать зазор между стенкой модуля термической обработки и скребком, а ножи и скребки шнекового смесителя выполнены с наплавкой твердосплавного металла.
К недостаткам данного устройства относится необходимость использования электроэнергии для питания бесконтактной кольцевой индукционной системы нагрева и использования в ней специального жидкометаллического теплоносителя или мелкой дроби цветного металла или смеси дроби с высокотемпературным гелем.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является термическая десорбционная установка для термического обезвреживания промышленных нефтесодержащих отходов по патенту РФ № 2643872, характеризуемая тем, что она содержит блок подачи исходного материала, выход которого соединен с входом модуля процесса, выход которого по твердому продукту подключен к блоку выгрузки осушенного материала, а по газообразному продукту - к блоку очистки газов, выходы которого подключены к блоку конденсации и сепарации, а также к блоку очистки неконденсированных газов, выходы блока конденсации и сепарации подключены через блок системы охлаждения к накопительным емкостям, при этом блок подачи исходного материала содержит бункер, по меньшей мере, две мешалки, питающий конвейер и рабочую площадку с лестницей, причем на верхней части бункера блока подачи исходного материала дополнительно установлен датчик уровня обрабатываемого материала, блок выгрузки содержит разгрузочный бункер, разгрузочный шнек, бункер контроля твердой фазы, на верхней части которого установлен датчик уровня обработанного материала, и поворотный клапан.
К недостаткам указанной установки относятся ее недоукомлектованность необходимыми модулями для создания полностью автономного мобильного комплекса по переработке промышленных нефтесодержащих отходов.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в создании мобильного, автономного комплекса по переработке промышленных нефтесодержащих отходов с помощью метода термической десорбции, использующего при своей работе в качестве источника энергии отделяемые в процессе очистки нефтепродукты. При этом решается техническая проблема переработки нефтесодержащих отходов непосредственно на месте их возникновения, без транспортировки к стационарным установкам переработки нефтесодержащих отходов.
Технический результат, который достигается  при реализации данного изобретения, заключается в полном использовании отходов нефтедобычи после переработки: очищенной воды и топлива - для технических нужд заказчика, масла - для изготовления бурового раствора, сухой фракции для использования в дорожном строительстве.
Изобретение относится к мобильным установкам для глубокой переработки нефтешлама, загрязненного нефтью или нефтепродуктами грунта и мелкой металлической стружки, содержащей масла. Содержание нефтепродуктов в буровом шламе колеблется в пределах от 2000 до 13870 мг/кг, из них - составляют смолы 5,6 %, полициклические ароматические углеводороды - 20,1 %. При прокаливании бурового шлама при температуре 300°С токсичность бурового шлама снижается в 10 раз, а при 500°С - буровой шлам обезвреживается полностью. Процесс переработки шлама в предлагаемом устройстве заключается в передаче тепла к материалу, что приводит к повышению температуры выше точки испарения летучих соединений, входящих в состав перерабатываемого материала. Процесс извлечения углеводородов из бурового шлама заключается в том, что материал подвергается нагреву через стенку реактора. Высокая температура в реакторе позволяет нагреть буровой шлам до температуры кипения жидкой фазы, после чего жидкая фаза переходит в газообразную. Следующая ступень процесса - это конденсация газа, при которой вещества переходят из газообразного состояния в жидкую фазу в результате охлаждения в конденсаторе. Последняя ступень процесса – это сепарация, где происходит разделение жидкой фазы на две фракции воды и нефти.
Установка содержит модуль приемки перерабатываемых отходов, модуль подачи перерабатываемого материала, модуль осушки, модуль выгрузки осушенного материала, модуль очистки парогазовой смеси и конденсации, модуль очистки воды, модуль фильтрации топлива, модуль управления и автоматизации, модуль-лабораторию, модуль-мастерскую для ремонта.
Модуль приемки перерабатываемых отходов
3
3
3
В модуль приемки перерабатываемых отходов входят две открытые емкости объемом от 15 м, вибросито с решетками и ячейками разного размера, емкость для отделенного мусора, загрузочный бункер. Загрузочный бункер предназначен для измерения веса и транспортировки шлама из приемной емкости в питающий бункер для контроля объема перерабатываемого сырья. Загрузочный бункер имеет раму, защитную решетку, датчики измерения веса, шнековый конвейер для транспортировки шлама в питающий бункер или насос для перекачки тяжелого шлама. Приемные емкости имеют ребра жесткости и перегородки, рубашку обогрева, теплоноситель в которую подается с модуля конденсации парогазовой смеси. Вибросито имеет площадь просеивания до 2 м со съёмными решетками (размер ячейки от 10 до 50 мм), лоток для сброса крупного мусора и инородных предметов. Емкость для мусора представляет собой открытый контейнер емкостью от 1 до 5 м.
Модуль подачи перерабатываемого материала
В модуль подачи входит бункер с рубашкой на корпусе, в которую подается жидкий теплоноситель (масло или гликоль) для подогрева подающего материала через стенки бункера. Бункер оснащен от одной до нескольких лопастных мешалок. Мешалки, разработаны с возможностью перемешивания тяжелого и вязкого материала и имеют функцию реверса с устанавливаемым временем. На верхней части бункера расположена прочная сетка для безопасной работы оператора. К бункеру прикреплен шнековый конвейер подачи. Конвейер подачи может быть одиночным стандартным шнеком или специальным безвальным. Для подачи сложного материала конвейер может оснащаться двойными комбинированными шнеками. Лопасти шнека имеют наплавку по всей поверхности из твердосплавного металла или сделаны из специальной износостойкой стали. Питающий шнековый конвейер оснащен рубашкой обогрева, жидкий теплоноситель (масло или гликоль) подается в рубашку для подогрева подающего материала через стенки конвейера.
Модуль осушки
2
В модуле осушки происходит тепловая обработка перерабатываемого материала. Модуль состоит из печи и закрытой камеры сушки и размещается на раме в габаритах морского 20 или 40-футового контейнера. Печь представляет собой короб, утепленный изнутри тремя слоями высокотемпературной изоляции, закрепленной керамическими креплениями. В печи расположено несколько смотровых люков, датчики температуры, дымоходная труба, горелка, работающая на всех видах жидкого топлива и газа, газовая линия неконденсированных газов, дополнительные лючки для подачи воздуха. В печи также расположены отсекатели пламени для плавного распространения тепла. Дымоходная труба расположена снаружи на верхней поверхности печи. Труба соединена через фланец с возможностью крепления рекуператора для подогрева системы подачи. На трубе вмонтирован инспекционный люк для измерения показаний выбросов СО. На верхней части трубы расположен зонт для защиты от осадков в период простоя установки. Труба может крепиться растяжками или специальным металлическим каркасом для удержания трубы. Горелка — это самый важный аппарат печи. Горелка, вмонтирована в кожух, который оснащен множественными слоями изоляции и рассчитан на всю длину пламени горелки. Горелка быстросъемная, в случае необходимости, ее легко снять с кожуха. Камера сушки — это труба (шовная или бесшовная) из жаропрочной и износостойкой стали, труба может быть с наплавкой из твёрдосплавного материала. В печи допускается размещение нескольких камер сушки, как по горизонтали, так и по вертикали, которые могут соединяться переходами между собой. Камера сушки может быть различного диаметра от 500 до 1500 мм и толщиной от 6 до 25 мм.  Камера может быть секционная или цельная, камера может быть с рубашкой или без. Наполнителем в рубашке может быть жидкотекучие металлы, гели или высокотемпературное масло. В рубашку закрытого типа для безопасности закачивается азот или инертный газ аргон. Камеры имеют крепления для специальных крыльев и шахт для плавного нагрева камер. Крылья, как и шахты, могут быть с отверстиями и без таковых, так как они быстросъемные и в процессе ремонта могут быть заменены. В камере могут применяться разного вида лопастные мешалки, вращающиеся со скоростью от 10 до 200 об/мин. Мешалки оснащены износостойкими лопатками или лопатками с твердосплавной наплавкой. Лопатки регулируемые поворотные, лопатку можно настроить под любым необходимым углом, как по направлению прохождения материала, так и в обратную сторону. Лопатка также настраивается по высоте на минимальном расстоянии от стенки камеры сушки. Зазор между лопастями от 1 до 3 мм зависит от овальности камеры. Лопасти могут быть различного дизайна, ровные без изгибов, в виде скребка, в виде уголка, изогнутые в виде ковша или катапульты. Лопатки подстраивают таким образом, чтобы равномерно распространить материал по стенкам камеры сушки в зависимости от перерабатываемого материала. Все лопастные мешалки оснащены датчиками вращения, которые считывают обороты вращения мешалок. Камеры сушки крепятся на опоры и специальные балки. Универсальные опорные балки предназначены для удержания камеры сушки, выполнены с возможностью регулировки. Опорные балки не позволяют камере сушки усиливать вибрацию, даже когда мешалки работают на полной скорости.
Модуль выгрузки осушенного материала
Модуль выгрузки состоит из одного или нескольких шнековых транспортёров, датчиков, системы подогрева, мешалки сухой фазы, разгрузочного клапана, увлажнителя сухой фазы. Все разгрузочные шнеки должны иметь лопасти, которые полностью сделаны из твердосплавного металла или имеют наплавку из твердосплавного металла. Первый разгрузочный конвейер оснащен системой подогрева, греющим кабелем с датчиками температуры. Рабочая температура от 200 до 400°С во избежание появления конденсата в процессе переработки. Между конвейерами расположен мини бункер с датчиком уровня, мешалкой и разгрузочным клапаном. После мини бункера следует второй разгрузочный конвейер, который подает сухой материал в увлажнитель сухой фазы. Увлажнитель сухой фазы предназначен смачивать и перемешивать сухой продукт на выходе во избежание запыления. Увлажнённый осушенный шлам выгружается в контейнер, после чего может быть использован для изготовления гранул или отсыпки дорог.
Модуль очистки парогазовой смеси и конденсации
3
Модуль очистки парогазовой смеси и конденсации расположен в раме 20 или 40-футового контейнера вместе с модулем автоматизации и управления. Модуль оснащен газовой трубой, двух или трех ступенчатым скруббером Вентури, теплообменниками, емкостью конденсации, сепаратором и множеством датчиков. Газовая труба соединяет модуль осушки с системой конденсации и может быть оснащена специальным шнеком для очистки запыленных газов. Специальный шнек оснащен лопастями и витками. Все лопасти закреплены на валу шнека, между лопастями есть свободное пространство, которое равно размеру лопасти. Каждая последующая секция лопастей находится со смещением на три четверти от размера лопасти. Витки высотой от 20 до 50 мм, ширина может быть от 8 до 14 мм. Газовая труба оснащена системой подогрева, греющим кабелем с датчиками температуры. Рабочая температура от 200-300°С во избежание появления конденсата. Крепление газовой трубы с стороны модуля конденсации осуществляется с помощью гофрированной трубы. Трех ступенчатый Скруббер Вентури имеет температурные датчики, датчики уровня, датчики давления и специальный насос для горячего масла. Первая ступень – это трубка Вентури с встроенной форсункой, выполненная в виде конуса. Сужающееся сечение конуса заставляет газ и твердые частицы двигаться быстрее – возникает эффект турбулентности. По мере поступления потока в расширяющуюся, цилиндрическую часть аппарата, его скорость снижается, турбулентность падает. Твердые частицы, прошедшие через масляной поток, напитавшиеся маслом, тяжелеют и оседают, тем самым очищают пары. Вторая ступень — это сам скруббер с внутренней перегородкой для разделения потока газа. В верхней части расположено несколько форсунок от 5 до 15 штук, которые распыляют горячее масло для промывки газов. Одна или две форсунки могут подключаться к воде для контроля температуры самого скруббера. Вода подается дозировочно в скруббер из конденсатора. Третья ступень — это труба с рубашкой, в трубе находится витки, через которые проходит горячее масло. В рубашку подается вода из конденсатора для охлаждения газов в третьей ступени. Скруббер оснащен специальным насосом или насосом с магнитной муфтой для циркуляции и подачи на форсунки горячего загрязнённого масла. Циркуляционная линия горячего масла проходит через теплообменник для регулирования температуры масла, как водяными форсунками, так и теплообменником. Очищенная парогазовая смесь после скруббера попадает в теплообменник. Теплообменники могут применяться различного вида: кожухотрубные, пластинчатые и комбинированные. Теплообменник должен быть максимально эффективным для парогазовой смеси, 90 % которой конденсируется в теплообменнике. Следующая ступень в системе конденсации это конденсор. Конденсор включает в себя емкость 1-2 м с множеством встроенных форсунок, теплообменник, датчики давления, температуры, уровня, циркуляционный насос, съемную перегородку с встроенными конусами Вентури. В верхней части расположены форсунки, которые распыляют охлаждённую воду через теплообменник для окончательной конденсации парогазовой смеси. Съемная перегородка помогает максимально понизить давление в системе конденсации. Сконденсированная жидкость (топливо и вода) перетекает в сепаратор. Сепаратор используется для разделения на углеводородную фракцию и техническую воду. Контроль верхнего и нижнего уровня масла и воды в сепараторе измеряется датчиками уровня. Разделенная углеводородная фаза выкачивается насосом из сепаратора в отдельные накопители и/или используется для разбавления масла или пополнения масла выше минимального уровня в скруббере. Разделенная вода выкачивается насосом из сепаратора в отдельные накопители. Остаточные несконденсированные газы, отводятся из установки через гидрозатвор, после чего, через линию, оснащённую пламегасителем, подаются в печь для сжигания. Неконденсированные газ помогают сэкономить топливо для поддержания температуры в процессе переработки.
Модуль очистки воды
3
3
Модуль очистки воды представляет собой контейнер, в котором размещены емкости для воды, аппарат вихревого слоя АВС, дозаторы химических реагентов, насосы, вентиляция, обогрев. Первая емкость объемом 3 м предназначена для поступающей загрязненной воды, вторая емкость объемом 3 м - для очищенной воды. Емкости имеют датчики контроля уровня, подключенные к автоматизированной системе контроля, насосы, трубную обвязку, дышащие клапаны и систему аварийного контроля. Аппарат АВС - это электромагнитный аппарат с ферромагнитными рабочими элементами, предназначен для интенсификации различных физических и химических процессов. Обработка загрязненной воды происходит в рабочей зоне аппарата, в вихревом слое, во вращающихся магнитных полях. Под воздействием плазменного облака протекают следующие процессы и реакции:
- осаждение гидроокисей металлов из растворов;
- восстановление некоторых соединений;
- уничтожение патогенной микрофлоры и микроорганизмов;
- ионизация воды с выделением водорода и ионов ОН;
- аномальное ускорение протекания химических реакций.
Суммарное воздействие всех факторов создает высокий уровень активации всех компонентов веществ, участвующих в процессе, позволяет изменить диффузионный тип переноса вещества, свойственный всем традиционным технологиям, на кинетический. Это позволяет максимально повысить производительность процессов, снизить энергоемкость модуля очистки воды. Обогрев модуля очистки воды происходит за счет модуля конденсации парогазовой смеси. Во всех модулях предусмотрена встроенная вентиляция, включая модуль очистки воды.
Модуль фильтрации топлива
3
Модуль фильтрации топлива включает в себя контейнер, в котором размещены емкости для топлива, насосы, вентиляция. Приемная емкость объемом более 3 м для получаемого в процессе переработки топлива. Емкость оборудована датчиками контроля уровня, подключенными к системе автоматизации. В емкости размещены: насос, трубная обвязка, магнитный фильтр, самоочищающиеся фильтры, дышащие клапаны с угольными фильтрами, выведенными наружу контейнера; предусмотрена система аварийного контроля. Обогрев модуля фильтрации топлива происходит за счет модуля конденсации парогазовой смеси. Во всех модулях предусмотрена встроенная вентиляция, включая модуль фильтрации топлива.
Модуль управления и автоматизации
Пульт управления может находиться в двух местах. Первый пульт может находиться в одном контейнере с модулем конденсации. Шкаф управления двигателем MCC (motor control center)– это распределительный щит, включающий в себя группу устройств, предназначенных для обеспечения стабильной работы электродвигателя. Каждое из устройств используется для решения одной из задач: управление двигателем, защита персонала, защита всего оборудования от электрических повреждений. Второй пульт может находиться в отдельном помещении для удобства эксплуатации в комфортных условиях.
Модуль-лаборатория
Модуль-лаборатория оснащен оборудованием для проведения анализов лабораторными приборами, измерения уровня содержания углеводородов и воды в шламе до и после очистки. Измерение уровня содержания нефтяных углеводородов в сырье (TPH - total petroleum hydrocarbons) выполняется методом инфракрасной спектрометрии, результат которого может быть получен в Модуль-лаборатории за 5 - 20 минут. Обогрев модуля происходит за счет электрического обогревателя. Предусмотрена индивидуальная встроенная вентиляция, подключаемая от электрической сети.
Модуль-мастерская для ремонта.
Модуль-мастерская оснащен рабочим местом для проведения текущего ремонта оборудования (приводов, насосов, трубной обвязки, датчиков и т.д.). В модуль укомплектован соответствующим инструментом и расходными материалами (смазкой, маслом, набивкой, комплектующими и т.д.) для ремонта и технического обслуживания всего комплекса. Обогрев происходит за счет электрического обогревателя. Освещение и индивидуальная встроенная вентиляция работают от электрической сети.
Изобретение может быть осуществлено следующим образом.
Перерабатываемые отходы загружаются в модуль приемки перерабатываемых отходов, где они просеиваются через вибросита, подогреваются и посредством шнеков перемещаются в модуль подачи перерабатываемого материала, состоящий из бункера и двухшнекового комбинированного питающего конвейера, имеющего систему подогрева через рубашку конвейера.
о
Подача материала может осуществляться в двух вариантах. Первый вариант использует подачу материала по таймеру с контролем скорости. При этом материал подается порционно, через установленные временные интервалы (например, 30 секунд включение и через 60 секунд выключение). При подаче шлама порционно происходит теплообмен по всему диаметру реактора, так как радиальная скорость позволяет снимать тепло с максимальным КПД. После остановки на настроенное время температура реактора возвращается в заданный режим. Этот вариант используется для очень жидких материалов. При проведении тестов по этому варианту, производительность увеличивалась в 4 раза по сравнению с непрерывной подачей шлама. Второй вариант подачи - непрерывный режим с увеличением или понижением скорости подачи шлама в реактор. Он показывает хороший результат только при умеренной влажности шлама. В случае переработки трудноперерабатываемых нефтешламов необходимы добавки (различные виды растворителя до 2 %, керосин, топливо, получаемое в процессе переработки). Подбор добавок осуществляется лабораторным путем в модуле-лаборатории. Добавки вводят непосредственно в бункере. Далее материал перемещается в модуль осушки, где размещен двухярусный реактор. Двухъярусный реактор размещается в габаритах морского 20-ти футового контейнера (длина –5,90 м, ширина – 2,35 м, высота – 2,39 м). Вес реактора до 4 тонн. Реактор выполнен из металла, стоит на опорах, находится в печи термической установки комплекса и представляет собой две горизонтальных трубы (размером 5 - 6 метров в длину, диаметром 0,6 - 1,2 м), расположенных одна над другой и соединенных специальным патрубком. Верхний и нижний ярус отличаются толщиной металла и радиусом, каждая часть реактора работает в разных режимах. Процесс осушки шлама в верхнем реакторе при температуре до 400 С происходит за время до 5 минут, без накопления шлама в реакторе. Нижний уровень реактора прогревается до 600°С с накоплением и удержанием осушенного шлама слоем до 50 мм.
Осушенный материал поступает в модуль выгрузки осушенного материала, где он подвергается смешиванию с водой для увлажнения с помощью мешалки, во избежание запыления. Осушенный шлам на выходе не должен превышать углеводородный след более чем 0,5 %.
В процессе осушки шлама в реакторе, жидкая фаза переходит в газообразную фазу. Газообразная фаза выходит через газовую трубу в трехступенчатый скруббер для очистки парогазовой смеси от мелкодисперсной пыли. Из скруббера парогазовая смесь подается в теплообменник, где переходит в жидкое состояние и разделяется на две основных фазы (углеводородная и вода). Далее жидкая фаза подается в сепаратор, где происходит разделение жидкостей на техническую воду и углеводородное топливо. Разделенные углеводородная фаза и техническая вода выкачиваются насосом из сепаратора в отдельные накопители. Остаточные несконденсированные газы отводятся из установки через гидрозатвор, после чего, через линию, оснащённую пламегасителем, подаются в печь для сжигания.
Комплекс выделяет в процессе переработки от 50 до 300 литров технической воды в час. Вода из накопителя подается в модуль очистки воды, где доводится до прозрачного состояния и устранения запаха, что позволят использовать техническую воду для орошения сухого шлама. Углеводородная фаза подается в модуль фильтрации топлива, где проходит очистку через магнитный фильтр и топливные фильтры тонкой очистки. Комплекс выделяет в процессе переработки от 50 до 200 литров топлива в час. Полученное топливо после фильтрации может использоваться для горелки в качестве топлива для обогрева реактора.
Осушённый шлам в виде цементной фракции может использоваться для изготовления гранул или дорожного материала путем смешивания отходов дробленого пластика и стекла при температуре не ниже 200°С.