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

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. 19733) 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), 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. Она содержит, по меньшей мере, 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 метала.
В предпочтительно варианте реализации установки блоки установлены в контейнере.
В некоторых вариантах реализации блок выгрузки может дополнительно содержать увлажнитель материала и экструдер. Увлажнитель представляет собой устройство, в которое поступает горячий сухой материал после термообработки. В устройство поступает вода на форсунки, которую подают на указанный материал, который в этот момент с использованием мешалок перемешивается. Экструдер установлен после увлажнителя в который подается увлажненный материал.
В некоторых вариантах реализации разработанной установки блок системы очистки газов может содержать газовую трубу с встроенным шнеком и двухступенчатый газовый скруббер, дополненный насосом, установленным с возможностью впрыскивания воды в скруббер. Выход из камеры термообработки в этом варианте реализации соединен газовой трубой со шнеком, выход которого далее соединяется с газовым скруббером.
В некоторых вариантах реализации установки блок конденсации и сепарации может содержать горизонтальный и вертикальный теплообменники, водяные конденсаторы, гравитационный сепаратор вертикального и горизонтального типа, выполненный с возможностью разделения нефти и воды.
В термокамере испаряется вся нефть и вода. В процессе испарения также образуется пыль, часть которой очищает газовая труба со шнеком и полностью очищает газовый скруббер, после скруббера очищенные пары нефти и воды конденсируются в блоке конденсации, в котором установлены теплообменники. После конденсации в блоке сепарации происходит разделение на воду и нефть.
Блок очистки несконденсированных газов в некоторых вариантах реализации содержит, по меньшей мере, угольный фильтр, газоконвектор и катализатор.
В процессе конденсации не сконденсированные пары попадают в блок очистки несконденсированных газов, в котором установлен угольный фильтр или газоконвектор или катализатор или совместное их использование для лучшей очистки газов.
В качестве теплоносителя могут быть использованы жидкометаллический теплоноситель, мелкая дробь цветного металла, сыпучие теплопроводящие компоненты или смесь дроби с высокотемпературным гелем.
В предпочтительном варианте реализации модуль процесса содержит, 3-х секционную 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. Камера содержит несколько секций с подогревом по окружности. Камеру термобработки из износостойкой стали с наличием емкостной рубашки наполненной жидкометаллическим теплоносителем или мелкой дробью цветного метала с высокой теплопроводностью или же смесь дроби с высокотемпературным гелем.
Фактически модуль термообработки представляет десорбционную камеру. Камера оснащена шнеком-смесителем, который обеспечивает движение материала к месту выгрузки прокаленного шлама. Скребки шнека-смесителя предпочтительно содержат механизм настройки, который позволяет отрегулировать минимальный зазор между стенкой термокамеры и скребком. Настройка скребков влияет на производительность и потери тепловой энергии. Настройка происходит перед монтажом шнека-смесителя с использованием вспомогательных устройств.
Ножи и скребки шнека - смесителя преимущественно имеют наплавку твердосплавного металла, что обеспечивает возможность долгой эксплуатации шнека - смесителя без обслуживания и замены ножей и скребков. Скруббер и вся обвязка покрыты жидкой изоляцией. Скруббер оснащен насосом с магнитной муфтой, который позволяет обеспечить циркуляцию самого грязного и самого горячего масла.
Скорость вращения шнека-смесителя можно регулировать в зависимости от физико-химических характеристик перерабатываемого материала. Ножи и скребки устанавливают 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, кольцевой ворошитель, поворотный клапан, разгрузочный шнек, увлажнитель и гранулятор. Осушенный материал через боковое отверстие в камере термообработки поступает в разгрузочный бункер, который постоянно перемешивается кольцевым 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 термообработанному материалу.
Как указано ранее блок системы очистки газов может содержать 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 часть масла, которого конденсируется в газовом скруббере через фильтр, после чего использовать конечный продукт для горелок. Скруббер комбинированный имеет циклон с рубашкой охлаждения и несколькими форсунками, а также газовую линию с рубашкой охлаждения с встроенным шнеком для максимально эффективной очистки газов.
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 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 несконденсировавшихся паров отводят через маленькую емкость с водой (гидрозатвор) и угольный фильтр в атмосферу.
Также установка предпочтительно 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.