Способ переработки обводненных нефтесодержащих отходов
METHOD FOR PROCESSING WATERED OIL-CONTAINING WASTE

Изобретение предназначено для переработки, регенерации, утилизации нефтесодержащих отходов предприятий нефтепереработки, металлургии, химической промышленности, в том числе таких продуктов как грунт после аварийных розливов нефти и нефтепродуктов, нефтешламов, замасленной окалины, отработанного моторного масла и т.д.
Известен способ разделения побочных продуктов и отходов металлургической промышленности, содержащих воду, масло и окалину, включающий отстаивание без принудительного нагрева, декантацию масла и воды, распыление, вакуумную перегонку масла, где перед распылением и вакуумной перегонкой масла сгущенную пульпу подвергают выпариванию и нагреванию обезвоженной смеси до температуры не выше 160°С, с последующим распылением в вихревом потоке перегретого до температуры не выше 400°С водяного пара и вакуумной прямой перегонкой масла, совмещенной с осаждением твердых частиц под действием центробежных сил и сил тяжести, с последующим фильтрованием, после разделения смеси на компоненты проводят конденсацию паров масла и затем воды (Патент на изобретение №2720193 от 27.04.2020, Бюл. №12, Патентообладатель ПАО «Северсталь», авторы Храмов А.В., Синицын Н.Н., Телин Н.В.).
Недостатком данного способа является обезвоживание сгущенной пульпы, в аппаратах с кондуктивным подводом тепла, что обуславливает неравномерный прогрев и низкую интенсивность сушки. Кроме того извлекаемый нефтепродукт в виде масла приходится перегонять в присутствии водяного пара и температурой процесса до 400°С, а твердую фазу приходится улавливать из газового потока.
Известен способ (прототип) извлечения нефтепродуктов из шлама и загрязненного грунта, включающий экстракцию органическим растворителем и отстой в экстракторе, а в качестве органического растворителя используют экстрагент, содержащий ароматические углеводороды и экстракцию ведут в двух противоточных ступенях при атмосферном давлении и массовом соотношении экстрагент сырье от 1 1 до 2 1, вводом в экстрактор воды на стадию отстоя в количестве, обеспечивающем ее содержание в остатке 55 60 мас. с последующим отстоем экстрагента от воды и механических примесей, вводимых в экстрактор перед второй ступенью экстракции (Патент на изобретение №2092518 от 10.10.1997, Патентообладатели и авторы Апостолов С.А. и Потапов А.И.) Недостатком указанного решения является необходимость использования ароматических углеводородов, большое количество воды для вытеснения растворителя из твердой фазы и высокое остаточное содержание в твердом остатке нефтепродуктов.
Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного способа переработки обводненных нефтесодержащих отходов с получением качественных товарных продуктов, пригодных к дальнейшему использованию или повышению класса опасности отхода, удешевления процесса переработки нефтесодержащих отходов, исключения использования высоких температур, при которых происходит деструкция исходных компонентов отходов.
Поставленная задача решается тем, что при переработке обводненных нефтесодержащих отходов, содержащие нефтепродукты, воду, твердую фазу, включающий подачу органического растворителя, экстракцию нефтепродуктов растворителем, разделение растворителя и экстрагированных нефтепродуктов от твердой фазы после подачи растворителя суспензию обезвоживают, причем содержание воды доводят до величины менее 0,5% (масс), обезвоживание осуществляют выпариванием и с подачей инертного газа, подача растворителя осуществляется в объеме не менее объема содержащейся воды в исходной суспензии, в качестве растворителя используются органические продукты переработки нефти, с температурой кипения выше температуры кипения воды, например керосин, дизельное топливо, газойль или другие, обезвоживание суспензии осуществляется в герметичной системе сбора воды, после разделения растворителя и экстрагированных нефтепродуктов от твердой фазы проводят регенерацию растворителя дистилляцией, после разделения растворителя и экстрагированных нефтепродуктов от твердой фазы осуществляется окончательное разделение твердой фазы от остатков растворителя сушкой в герметичной системе сбора органического растворителя, а процесс экстракции осуществляется с колебанием температуры и давления.
Обводненные нефтесодержащие твердые отходы представляет собой единую, практически однородную вязкую массу. Микрообъемы воды и нефтепродуктов в присутствии твердых частиц взаимно блокируют проникновение органического растворителя или воды вглубь массы. Такие суспензии не расслаиваются, не растекаются и представляют большую техническую проблему для переработки.
При нагреве обводненных вязких нефтепродуктов выше температуры кипения воды она вскипает взрывообразно с резким увеличением объема всего продукта. Причина в плохом переносе тепла в вязкой среде, гидратации полярных соединений нефтепродуктов и локальном перегреве нефтепродукта.
После удаления воды до значения менее 0,5% (масс) исключаются препятствия для проникновения растворителя внутрь массы и извлечения экстрагируемых нефтепродуктов. Обезвоженный нефтесодержащий отход в смеси с растворителем распадается на отдельные частицы, легко отстаивается, экстрагируется растворителем и может быть переработан.
Удаление воды выпариванием обеспечивает наиболее полное удаление ее из сложных суспензий в отличие от реагентной обработки или центрифугирования, что в дальнейшем обеспечивает наибольшую эффективность для экстрагирования нефтепродуктов из твердой фазы.
Наличие растворителя обеспечивает равномерное распределение тепла внутри исходного продукта при обезвоживании выпариванием, подвижность суспензии и перемешивание между слоями в процессе обезвоживания.
Схема процесса представлена на фиг. 1.
Оборудование: 1 Смеситель, 2 Узел обезвоживания воды/Экстрактор, 3 Делитель жидкой и твердой фазы, 4 Делитель растворителя и нефтепродукта.
Технологические потоки: I Исходная смесь, содержащая воду, твердую фазу и нефтепродукты, II Смесь растворителя и исходного продукта, III Вода, IV Обезвоженная исходная смесь с растворителем (экстрактом), V Твердая фаза, VI - смесь нефтепродукта и растворителя, VII Нефтепродукт, VIII Растворитель (первичный), IX Растворитель (вторичный).
Способ реализуется следующим образом (см. фиг. 1). Исходное сырье (I поток) смешивается в смесителе 1 с первичным растворителем (VIII поток) и подается в виде смеси (II поток) на узел обезвоживания 2, где извлекается вода (III поток), одновременно здесь же происходит экстракция растворителем нефтепродуктов из исходного сырья. Обезвоженная смесь (IV поток) в делителе 3 разделяется на твердую фазу (V поток) и жидкую фазу (VI поток), состоящую из растворителя с экстрагированными нефтепродуктами. Далее в делителе 4 растворитель (IX поток) отделяется от нефтепродуктов (VII поток) и потоки направляются по своему назначению.
При содержании воды менее 0,5% (масс.) существенно снижается негативное влияние воды на экстрагируемость нефтепродуктов и сепарацию жидкой фазы от твердой.
Обезвоживание суспензии выпариванием является наиболее доступным и эффективным способом удаления воды.
Подача инертного газа при выпаривании воды из суспензии в виде барботирования позволяет исключить локальный перегрев суспензии, за счет эффективного перемешивания, понизить температуру перехода воды в парообразное состояние, а также интенсифицировать тепло- и массообменный процесс выпаривания и экстракции за счет повышения доли конвективного механизма переноса тепла и массы внутри суспензии.
Подача растворителя осуществляется в объеме не менее объема содержащейся воды в исходной суспензии, позволяет равномерно распределить влагу по всему объему суспензии, обеспечивает равномерный подвод тепла при выпаривании и исключает взрывное парообразование. В процессе выпаривания часть растворителя переходит вместе с водой в паровую фазу. Собственные экспериментальные исследования показывают, что соотношение упариваемого растворителя к упариваемой воде в процессе обезвоживания достигает величины 1:1. Соответственно, при подаче растворителя в количестве меньшем, чем данное соотношение, суспензия потеряет свою текучесть, подвижность и возможность обезвоживания и разделения на компоненты в дальнейшем.
Органические продукты переработки нефти, такие как керосин, дизельное топливо, газойль или другие с температурой кипения выше температуры кипения воды, позволяют минимизировать переход в парообразное состояние растворителя при выпаривании и сохранить его для последующей экстракции углеводородов из твердой фазы.
Обезвоживание суспензии в герметичной системе сбора воды позволяет исключить потерю углеводородов, удаляемых вместе с парами воды при выпаривании и снизить экологическую нагрузку процесса переработки отходов.
Регенерация растворителя позволяет вернуть ценный продукт обратно в процесс, а дистилляция является наиболее эффективным способом его регенерации.
Окончательное разделение твердой фазы от остатков растворителя сушкой в герметичной системе сбора органического растворителя позволяет минимизировать потерю растворителя, и исключить негативное влияние на окружающую среду.
Реализация процесса экстракции с колебанием температуры и давления позволяет интенсифицировать процесс экстракции, повысить степень извлечения экстрагируемых веществ за счет осциллирующего процесса -температурного расширения компонентов исходной смеси и колебания частиц относительно друг друга.
Пример реализации способа. Переработка обводненной замасленной окалины.
Исходный продукт - замасленную окалину, представляющая собой пастообразную однородную субстанцию, состоящую из воды, масла и твердой фазы, которая не расслаивается при обработке водой или растворителем в обычных условиях. Исходный продукт смешали с керосином и обезвожили выпариванием при температуре, близкой к 100°С. Объем керосина составил 205 мл (250 грамм), содержание воды в исходной суспензии составило 140 мл. (140 грамм). В процессе выпаривания с парами воды выделяется также пары керосина, при конденсации которых образуется двухфазная жидкость с четкой границей раздела фаз. При выпаривании получили конденсат в виде смеси керосина в объеме 80 мл и воды в объеме 140 мл. Содержание воды в смеси после обезвоживания составило 0,1% (масс). После обезвоживания получили смесь, которая хорошо делится на керосин с экстрагированным маслом и твердую фазу в виде окалины, представляющую собой подвижную суспензию с хорошо разделяемыми между собой твердыми частицами. Полученная смесь хорошо отстаивается и фильтруется.
Далее обезвоженную суспензию разделили фильтрованием на фильтрат и твердый осадок. Из полученного фильтрата дистилляцией получили легко летучий компонент - растворитель, труднолетучий компонент - масло, содержащееся изначально в исходном продукте. Полученный керосин в ходе выпаривания и дистилляции фильтрата не содержит посторонних веществ и пригоден для повторного использования в качестве растворителя. Масло, полученное после дистилляции фильтрата, может быть использовано для получения базовых масел или смазочно-охлаждающей жидкости.
Твердую фазу, полученную при фильтрации суспензии, выдержали при температуре 180°С с целью удаления остатков керосина и получили сухую окалину, представляющую собой сыпучий порошок рыжего цвета с металлическими включениями. Изменение массы твердой фазы при выдержке составила менее 1%.
Материальный баланс примера процесса представлен в таблице 1.
Дополнительно в процессе обезвоживания, провели замеры содержания воды в исходном и конечном продукте и оценили его влияние на возможность гравитационной сепарации (отстаиваемости). Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 2.
Под отстаиваемостью подразумевалось возможность полного оседания взвесей в жидкости по истечении 24 часов. Если по прошествии времени смесь растворителя с экстрагируемыми углеводородами приобретала прозрачный вид, считалось, что суспензия отстаивается, если в жидкой фазе сохранялась какая либо мутность, несмотря на то, что значительная часть твердой фазы осела, считалось, что суспензия не отстаивается.
По результатам экспериментальных работ по обезвоживанию смеси сделали вывод о предельном содержании воды равное 0,5% (масс.), влияющее на отстаиваемость суспензии.
Преимущества данного изобретения является простое аппаратурное оформление процесса, экологическая и промышленная безопасность процесса, минимальное содержание примесей в конечных продуктах разделения, относительная низкая стоимость процесса переработки, упрощение условий эксплуатации оборудования, а также возможность извлечение прибыли от переработки отходов за счет получения и реализации ликвидных продуктов.