Индукционная термическая десорбционная установка для термического обезвреживания промышленных нефтесодержащих отходов
INDUCTION THERMAL DESORPTION UNIT FOR THERMAL DECONTAMINATION OF INDUSTRIAL OIL-CONTAINING WASTES

Изобретение относится к устройствам по переработке и утилизации нефтешлама и загрязненного нефтью или нефтепродуктами грунта.
Известна (RU, патент 2250123, опубл. 20.04.2005) установка для обезвреживания ила и земли, загрязненных стойкими органическими веществами, в том числе и нефтематериалами, содержащая вращающуюся барабанную печь с косвенным обогревом, соединенную с камерами загрузки и выгрузки, узел экстракции, топку дожигания, имеющую систему газоходов, и скруббер.
Однако указанная известная установка является довольно сложной в конструктивном исполнении, что является неоправданным при утилизации, например, нефтезагрязненных грунтов и твердых бытовых отходов.
Известна (SU, авторское свидетельство 397729, опубл. 1.11.1973) установка для термического разложения углеродсодержащих материалов, содержащая топку, вращающуюся печь термообработки и разгрузочное и загрузочное устройство, при этом указанная печь состоит из вращающегося барабана и из соосно установленной внутри него реторты с образованием кольцевого зазора между ними. В указанной известной установке нагрев исходного подготовленного к обезвреживанию материала, находящегося в реторте, осуществляется подачей в кольцевой зазор дымовых газов, образующихся от сжигания топлива и от сжигания пиролизных газов.
Однако указанная известная установка не обеспечивает высокой степени обезвреживания промышленных и бытовых отходов, ввиду неравномерности температуры поверхности реторты, контактирующей с исходным материалом, т.к. этот материал по реторте идет прямотоком с дымовыми газами, идущими в кольцевом зазоре, и вследствие охлаждения при движении не обеспечивают поддержание высокой температуры на всем протяжении пути. Это делает процесс обезвреживания неэффективным.
Известна (RU, патент 2341547, опубл. 20.12.2008) установка по переработке нефтешлама, включающая термодесорбер, содержащий с регулируемым углом наклона вращающийся барабан с горелкой, блок очистки газа с дымососом и узлом переключения потока газа, испаритель, содержащий с регулируемым углом наклона вращающийся барабан и фракционный блок с секционным кондесатосборником и фракционными тарелками, причем на корпусе фракционного блока имеются ребра воздушного охлаждения и эжекторная насадка для более интенсивного охлаждения и более полной конденсации нефтепродуктов, извлекаемых из нефтешлама.
Недостатком известной установки следует признать ее конструктивную сложность.
Наиболее близким аналогом разработанного устройства можно признать (RU, патент 2643872, опубл. 06.02.2018), характеризующий термическую десорбционную установку для термического обезвреживания промышленных нефтесодержащих отходов. Известная установка 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.
Недостатком известной установки следует признать не эффективную систему нагрева обрабатываемых нефтесодержащих отходов, что ограничивает по влажности номенклатуру перерабатываемых материалов.
Техническая проблема, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в разработке конструкции установки, способной перерабатывать твердые материалы, любой степени влажности, загрязненные органическими материалами.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной установки, состоит в получении мобильной, легко монтируемой, универсальной установки переработки твердых материалов любой степени влажности, загрязненных органическими материалами.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную термическую десорбционную установку для термического обезвреживания промышленных нефтесодержащих отходов. Разработанная установка содержит блок подачи исходного материала, выход которого соединен с входом модуля термической обработки, 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 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, 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, причем модуль термической обработки выполнен с бесконтактной кольцевой индукционной системой нагрева и содержит рубашку, наполненную жидкометаллическим теплоносителем.
Выполнение блока термической обработки с бесконтактной кольцевой индукционной системой нагрева и с рубашкой, наполненной жидкометаллическим теплоносителем (олово или свинец) позволяет более равномерно и с меньшими тепловыми потерями прогревать твердые материалы любой степени влажности, загрязненные органическими материалами, для выделения из них органических примесей.
В предпочтительном варианте реализации разработанной установки все указанные блоки установлены в контейнере. Это облегчает монтаж и эксплуатацию установки.
Преимущественно модуль термической обработки состоит из каскада камер.
Установка может дополнительно содержать операторскую, в которую подведены контролирующая и управляющая линии установки.
В предпочтительном варианте реализации блок подачи исходного материала содержит бункер, по меньшей мере, две мешалки, питающий конвейер и рабочую площадку с лестницей. Бункер корытообразной формы предназначен для сухих, сыпучих, жидких и вязких шламов. Материал, находящийся в бункере, препятствует поступлению атмосферного воздуха, в состав которого входит кислород, внутрь камеры термообработки, что позволяет изолировать процесс сушки от попадания кислорода и воспламенения газа. Две встроенные мешалки предназначены для перемешивания материала с любой нужной скоростью и различными интервалами времени. На верхней части бункера может быть установлен датчик уровня материала. По сигналу этого датчика включают питающий контейнер или насос, если уровень материала в бункере становится критическим. Питающий конвейер выполнен с возможностью подачи исходного материала в значительном диапазоне скоростей подачи. Скорость подачи исходного материала контролирует система управления, что позволяет контролировать и регулировать количество материала в камере термообработки с целью поддержания заданной рабочей температуры и стабильного режима технологического процесса переработки. Рабочая площадка с лестницей предназначены для удобства оператора контролировать процесс визуально, а также проведения ремонтных работ.
В предпочтительном варианте реализации модуль процесса содержит, 3-х каскадную камеру термообработки, выполненную из износостойкой стали с наличием емкостной рубашки, наполненной жидкометаллическим теплоносителем, что позволяет производить равномерную тепловую обработку материала в сочетании с качественным его перемешиванием и бесконтактную кольцевую индукционную систему нагрева. Фактически модуль термообработки представляет десорбционную камеру. Камера оснащена шнеком-смесителем, который обеспечивает движение материала к месту выгрузки прокаленного шлама. Скорость вращения шнека-смесителя можно регулировать в зависимости от природных данных перерабатываемого материала. Ножи и скребки установлены таким образом, чтобы размазывать материал по стенкам камеры, который так лучше сохнет, а скребок счищает высохший материал, который медленно двигается к разгрузочному бункеру, постоянно перемешиваясь, что способствует удалению остатков влаги и углеводородов. В процессе чего жидкая фаза переходит в газообразную фазу. Система нагрева представляет собой нагрев жидкометаллического теплоносителя с использованием кольцевых индукторов и поддержание температурного режима, заданного оператором.
В предпочтительном варианте реализации блок выгрузки содержит разгрузочный бункер с контролем твердой фазы, ворошитель, поворотный клапан, разгрузочный шнек, увлажнитель и гранулятор. Осушенный материал через боковое отверстие в камере термообработки поступает в разгрузочный бункер, который постоянно перемешивается ворошителем до поворотного клапана, при одновременном поддержании уровня термообработанного материала как затвора от попадания воздуха внутрь десорбционной камеры. Для контроля уровня твердой фазы может быть использован датчик уровня. После материал поступает в разгрузочный шнек и переносится в увлажнитель твердой фазы, в котором материал увлажняется до допустимой консистенции. Увлажненный материал перемещается в шнековый экструдер, который придает определенную форму.
В предпочтительном варианте реализации блок системы очистки газов содержит газовую трубу с встроенным шнеком, предназначенным для очистки газовой трубы и двух ступенчатый газовый скруббер. Блок содержит две линии очистки газа. Первая линия представляет собой газовую трубу, снабженную шнеком. При прохождении через нее паров, образовавшихся в десорбционной камере, мелкие твердые частицы ударяются о лопасти шнека и оседают на них. По мере накопления твердых частиц в газовой трубе включают шнек и перемещают осевшие частицы в камеру десорбции. Вторая линия очистки представляет собой двух ступенчатый газовый скруббер, при прохождении которого твердые частицы соприкасаются с масляным потоком, сорбируют на своей поверхности масло, тяжелеют и оседают вниз. В скруббере конденсируется небольшое количество паров, чтобы скруббер мог самоочищаться от осевшей пыли. В скруббере может быть дополнительно установлен датчик, контролирующий содержание жидкости в скруббере. При необходимости излишки жидкости откачивают в емкость питающего бункера. Второй вариант пропускать через фильтр, после чего использовать конечный продукт для горелок.
В предпочтительном варианте реализации блок конденсации и сепарации содержит теплообменники, водяные компенсаторы, сепаратор нефти и воды. Блок конденсации и сепарации также имеет несколько степеней конденсации. На первой степени конденсации очищенный газ проходит через охлажденные пластины. На второй ступени конденсация проходит за счет прохождения газов через охлажденные трубки и орошения воды посредством множества форсунок, что приводит к полной конденсации паров. На следующей ступени происходит разделения сконденсированной жидкости на фракции за счет действия гравитационного сепаратора, при этом жидкость делится на нефтяную и водную фракции, которые поступают из сепаратора в отдельные накопители.
В предпочтительном варианте реализации блок очистки неконденсированных газов содержит, по меньшей мере, угольный фильтр. Незначительное количество не сконденсировавшихся паров отводят через маленькую емкость с водой (гидрозатвор) и угольный фильтр в атмосферу.
Также установка содержит систему охлаждения, которая поддерживает необходимый температурный режим во всех блоках установки.
Установка может перерабатывать как свежие отходы бурения, так и отходы, прошедшие осушение на вертикальной центрифуге или на отжимающем оборудовании. Кроме того, установка способна перерабатывать нефтяной шлам из старых шламовых амбаров. Желательно предварительно из старого шлама механически удалить крупные инородные включения.