СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ ШЛАМОВ
OIL SLURRY PROCESSING PLANT

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для переработки и утилизации застарелых нефтешламов и замазученных земель.
Известно устройство для утилизации нефтешламов (Патент РФ на ПМ №81723). Устройство содержит приемную емкость, бак с мешалкой для приготовления раствора ПАВ, трехфазную центрифугу, сборник нефти, воды и твердой фазы, цилиндрическую вращающуюся печь для термообработки твердой фазы, реактор-репульпатор, дозатор ПАВ, циркуляционный бак оборотного раствора хлорида кальция, отстойно-разделительную колонну, дозатор тонко измельченного известняка, установку для дробления и измельчения, расходно-накопительные емкости, фасовочную машину.
Недостатком является то, что устройство содержит большое количество разнородного оборудования и трубопроводов, вследствие чего невозможна переработка больших объемов нефтешламов.
Наиболее близким техническим решением задачи по достигаемому результату является устройство для переработки нефтешламов с получением товарных продуктов (Патент РФ на ПМ №139643). Устройство для переработки нефтяных шламов включает смеситель, отстойно-разделительную емкость, дозатор измельченной твердой фазы, расходно-накопительную емкость, дозатор ПАВ, циркуляционный контур водного раствора, причем устройство состоит из последовательно соединенных смесителя нефтешлама с раствором ПАВ, отстойно-разделительной емкости, смесителя с породообразующей добавкой, площадки для формирования компостных буртов с системой аэрации подогретым воздухом в качестве сборника твердой фазы; циркуляционный контур водного раствора ПАВ состоит из смесителя нефтешлама с раствором ПАВ, отстойно-разделительной емкости с дренажной системой, дренажного насоса, расходно-накопительной емкости, гидрофобного фильтра, дозатора ПАВ и теплообменного аппарата, кроме того дозатор выполнен с возможностью дозирования в смеситель породообразующей органо-минеральной добавки с получением смеси следующего состава (% мас.):
- осадки биологических очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ)-1;
- птичий помет - 1;
- солома, опилки, торф, бумага - 8;
- осадки биологических очистных сооружений канализации населенных пунктов - 20;
- осадки очистных сооружений водоснабжения населенных пунктов - 10;
- минеральный зернистый материал силицированный кальцит - 10;
- катализатор окислительных процессов - 5;
- нефтешлам - остальное.
Недостатком является длительность процесса компостирования.
Задачей изобретения является увеличение скорости биодеструкции углеводородов в процессе компостирования нефтешламов.
Сущность изобретения заключается в том, что сооружение для переработки нефтяных шламов, включающее последовательно соединенные смеситель нефтешлама с раствором ПАВ, отстойно-разделительную емкость, смеситель с породообразующей добавкой, площадки для формирования компостных буртов с системой аэрации подогретым воздухом в качестве сборника твердой фазы, циркуляционный контур водного раствора ПАВ, состоящий из смесителя нефтешлама с раствором ПАВ, отстойно-разделительной емкости с дренажной системой, дренажного насоса, расходно-накопительной емкости, гидрофобного фильтра, дозатора ПАВ и теплообменного аппарата, приэтом дозатор выполнен с возможностью дозирования в смеситель породообразующей органоминеральной добавки, причем согласно изобретению в теле компостного бурта чередующимися рядами расположены электроотрицательные и электроположительные электроды, при этом электроды одинаковой полярности соединены проводниками, а между электродами разной полярности включено сопротивление нагрузки.
На фиг. 1 представлена технологическая схема сооружения для переработки нефтешламов, на фиг. 2 представлена схема компостного бурта, на фиг. 3 - сечение компостного бурта, на фиг. 4 - графическая зависимость содержания нефтепродуктов в компосте от времени компостирования.
Сооружение для переработки нефтешлама состоит из последовательно соединенных смесителя 1 нефтешлама с раствором ПАВ, отстойно-разделительной емкости 2 с дренажной системой, смесителя 3 с породообразующей добавкой, компостного бурта 4, оборудованного системой аэрации, содержащей теплообменный аппарат 5 для подогрева воздуха, и компрессор 6. Породообразующая добавка дозируется с помощью бункера 7.
Циркуляционный контур водного раствора ПАВ включает смеситель 1, отстойно-разделительную емкость 2, дренажный насос 8, расходно-накопительную емкость 9, гидрофобный фильтр 10, дозатор 11 ПАВ, теплообменный аппарат 12 для нагрева раствора ПАВ.
В теле компостного бурта 4 чередующимися рядами расположены электроотрицательные электроды 13 и электроположительные электроды 14. Электроотрицательные электроды 13 соединены проводником друг с другом, электроположительные электроды 14 также соединены друг с другом. Между электродами разной полярности включено сопротивление 15 нагрузки, например, индикаторные лампы. Электроотрицательные электроды 13 выполнены из магния, электроположительные электроды 14 - из графита.
В основании компостного бурта 4 выполнены лотки 16, в которых размещены перфорированные трубы 17 для подачи воздуха. В верхней части лотка 16 установлены перегородки 18 со щелевыми отверстиями. Оптимальное расстояние между разнополярными электродами - 220 мм (Назаров М.В. Очистка природных и сточных вод с применением электрохимических методов./ Автореферат дисс. … к.т.н. - : Уфа. УГНТУ - 2008).
Сооружение для переработки нефтяных шламов работает следующим образом. Застарелый нефтешлам или замазученный грунт подается в смеситель 1, в который поступает раствор ПАВ от дозатора 11, подогретый до температуры 70°С в теплообменном аппарате 12. В смесителе 1 происходит частичный отмыв нефтешлама от нефтепродуктов. Далее нефтешлам с раствором ПАВ подается в отстойно-разделительную емкость 2, оборудованную дренажной системой, с помощью которой водонефтяная эмульсия отделяется от твердой фазы и дренажным насосом 8 подается на разделение в расходно-накопительную емкость 9. Твердые взвешенные вещества отделяются от эмульсии в отстойной зоне емкости 9 и возвращаются в отстойно-разделительную емкость 2. Водонефтяная эмульсия частично расслаивается в расходно-накопительной емкости 9, из которой отделившаяся нефть удаляется на утилизацию. Дальнейшая доочистка водонефтяной эмульсии происходит в гидрофобном фильтре 10 за счет ее фильтрования в слое углеводородной жидкости. Отделившаяся нефть также удаляется на утилизацию.
Очищенный раствор ПАВ возвращается в смеситель 1 после корректировки концентрации ПАВ дозатором 11 и подогрева в теплообменном аппарате 12.
Частично очищенный от нефтепродуктов нефтешлам подается в смеситель 3, в который поступает породообразующая добавка с помощью дозатора 7. В смесителе 3 образуется смесь следующего состава (% масс):
- осадки биологических очистных сооружений НП3-1;
- птичий помет - 1;
- солома, опилки, торф, бумага - 8;
- осадки биологических очистных сооружений канализации населенных пунктов - 20;
- осадки очистных сооружений водоснабжения населенных пунктов - 10;
- минеральный зернистый материал силицированный кальцит - 10;
- катализатор окислительных процессов - 5;
- нефтешлам - остальное.
Состав смеси подобран таким образом, чтобы в ней было высокое содержание нефтеокисляющих микроорганизмов, биогенных элементов (азот, фосфор, калий), органических веществ, определяющих качество почвогрунтов. Большую роль играют структурообразователи - зернистый материал, опилки, солома, торф, бумага, а также гидроксиды алюминия, содержащиеся в осадках сооружений водоснабжения. Особую роль играет минеральный зернистый материал силицированный кальцит (Патент РФ №2086510), который подщелачивает смесь и создает прочные комплексы с гумусом, образующимся в процессе компостирования, а также катализатор окислительных процессов, например, алюмомарганцевый катализатор типа АОК 7541. Катализатор ускоряет процесс компостирования смеси за счет интенсификации окисления углеводородов в присутствии кислорода воздуха.
В тоже время в полученной смеси не должно быть превышения предельно допустимых концентраций тяжелых металлов и бенз(а)пирена, установленных для почвогрунтов.
Полученная грунтоподобная смесь с помощью транспортера (на фиг. не указан) укладывается в бурты высотой до 3-х метров, шириной 5-6 м. В теплое время года ведется аэрация бурта с помощью компрессора 6. Воздух подогревают до температуры 70°С теплообменным аппаратом 5. Подогрев бурта ведут до тех пор, пока тело бурта не разогреется до температуры 65°С, что свидетельствует о наступлении термофильного режима работы микрофлоры, после которого подогрев воздухом прекращают. Периодически необходимо производить перемешивание бурта с помощью грейферного механизма. О созревании бурта судят по остаточной концентрации нефтепродуктов, содержанию гумуса, наличию рассыпчатой структуры.
Полученный компостированием почвогрунт имеет практическую ценность благодаря наличию высокой остаточной концентрации азота, фосфора, гумуса, органических веществ.
Область применения почвогрунта определяется остаточным содержанием нефтепродуктов. При концентрации нефтепродуктов порядка 1 г/кг почвогрунт применяется для рекультивации отработанных карьеров и нарушенных земель. При концентрации нефтепродуктов до 0,3 г/кг почвогрунт применяется в качестве комплексного удобрения для выращивания технических, фуражных и бобовых культур, для газонов, парков, лесополос.
Экспериментально установлено, что скорость окисления органических веществ определяется дифференциальным уравнением:
где с - концентрация нефтепродуктов, г/кг; t - время компостирования, сутки; k - константа скорости окисления нефтепродуктов, 1/сутки.
Интегрирование дифференциального уравнения приводит к следующему уравнению:
о
i
i
где С - исходная концентрация нефтепродуктов, г/кг; C - текущая концентрация нефтепродуктов в момент времени t, г/кг.
Экспериментально установлено, что товарные почвогрунты получаются в течении 1,5-2 лет, т.е. скорость окисления органических веществ мала. С целью ускорения процесса компостирования предложено использовать энергию электрохимических источников тока, размещенных в теле компостного бурта 4. Выбранная электродная пара «магний-графит» дает высокое значение электродвижущей силы 2,0-2,5 В в зависимости от геометрии электрохимических источников тока. Ток, генерируемый источниками, приводит к образованию окислительных и восстановительных частиц, поляризации твердых частиц, электрокристаллизации, электрофорезу заряженных частиц в электрическом поле, адсорбции на твердой фазе, подводу окислительных частиц к органическим молекулам, нагреву среды за счет выделения тепла при прохождении тока. Все это приводит к увеличению скорости окисления нефтепродуктов за счет физико-химических процессов, протекающих независимо от биологических процессов. Генерируемая энергия может быть использована для системы автоматизации процесса или индикации работы оборудования.
Пример 1. Проводили опыты по деструкции застарелых нефтешламов компостированием путем создания рекомендуемого состава смеси. Исходная концентрация нефтепродуктов составила 29 г/кг. Опыты проводили в лабораторных условиях в термостате при фиксированной температуре 30°С. Опыты проводили параллельно по прототипу и по изобретению. Результаты приведены на фиг.4.
Из приведенных результатов следует, что применение электрохимических источников тока привело к сокращению времени переработки нефтяного шлама.
Установлено, что концентрация нефтепродуктов в процессе биодеструкции при компостировании подчиняется уравнению
где - k=0,0055 при компостировании по прототипу (кривая 1) и k=0,0082 при компостировании по изобретению (кривая 2). На фиг. 4 пунктиром показана предельно допустимая концентрация нефтепродуктов (ПДК).
Технический результат заключается в уменьшении времени компостирования нефтешламов с получением товарных почвогрунтов.