УНИВЕРСАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА И НЕФТЯНЫХ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ
MULTIPURPOSE PLANT FOR UTILISATION OF ASSOCIATED GAS AND DRILLING OIL WASTES

Изобретение относится к системам сжигания попутных нефтяных газов и термической переработки нефтяных отходов бурения (нефтешламов) и может найти применение в нефтедобывающей промышленности.
Известно, что основными источниками загрязнения природной среды при добыче нефти являются попутный нефтяной газ и производственно-технологические отходы бурения - нефтешламы, в составе которых присутствуют нефть и нефтепродукты, химические реагенты различной степени токсичности, растворимые минеральные соли и другие опасные вещества. Поэтому особую значимость приобретают вопросы охраны окружающей среды, а именно своевременная качественная утилизация попутного нефтяного газа и нефтешламов (Патент РФ на полезную модель №106339, опубл. 10.07.2011). Однако современное состояние переработки нефтешлама характеризуется рядом показателей, отрицательно влияющих на эффективность работы, например низкая рентабельность, большая энергоемкость и низкие экологические показатели.
Известно устройство факельной установки, предназначенное для полного сжигания углеводородов в атмосфере, которое может быть использовано для безотходной утилизации попутных нефтяных газов на нефтепромыслах и производствах (Патент РФ №2213302, опубл. 27.09.2003 г.). Однако сжигание попутного газа без использования теплоты сгорания газа является достаточно неэффективным способом утилизации попутного газа.
Известно устройство барабанной вращающейся печи для сжигания отходов, содержащей вращающийся вокруг продольной оси цилиндрический корпус, покрытый изнутри огнеупорной футеровкой и имеющий загрузочное устройство для подачи сжигаемых отходов и разгрузочное устройство для удаления золы и шлака, а также лопатки для перемешивания отходов, выполненные из термостойкого материала и размещенные по внутренней поверхности корпуса (Патент РФ на полезную модель №82028, Бюл. №10 от 10.04.2009 г.). Однако данная печь не может применяться для сжигания попутного нефтяного газа.
Известен способ переработки нефтесодержащих отходов (шламов), включающий в себя процесс предварительного обезвоживания шлама с помощью механического измельчителя с последующей термической обработкой при температуре 300-400°С во вращающемся трубчатом смесителе путем смешения обезвоженного "холодного" нефтешлама с щебнем (гравием) в массовом соотношении 1:2 или 1:3, предварительно нагретым во вращающейся барабанной печи, а для поддержания температуры термообработки во вращающемся смесителе в заданных пределах в него на выход подают дымовые газы с печью нагрева щебня (Патент РФ №2156750, опубл. 27.09.2000). Однако данный способ характеризуется сложностью (многостадийностью) процесса переработки нефтешламов, а также необходимостью применения дорогостоящего топлива для нагрева щебня.
Известен способ термопереработки отходов бурения за счет сжигания попутных нефтяных газов (Патент РФ №2242493 от 20.12.2004). Однако данный способ включает в себя многоступенчатую обработку нефтешламов, разделение их на жидкую и твердую фазы со строгим соотношением компонентов, последующую грануляцию сырьевой смеси и ее термическую обработку, что значительно усложняет конструктивное исполнение установки для осуществления данного способа и удорожает процесс переработки нефтешламов.
Известна установка по переработке нефтешламов, содержащая загрузочное устройство для подачи нефтешламов во вращающийся барабан, разгрузочное устройство для удаления отходов переработки нефтешламов из вращающегося барабана, футерованный вращающийся барабан с приводом, снабженный перемешивающими элементами, горелочное устройство, вентилятор с дымовой трубой, пульт управления и узел переключения направления движения газа с заслонками (Патент №2341547, Бюл. №35 от 20.12.2008). Однако данная установка не предназначена для сжигания нефтяного газа, а для термической переработки нефтешламов применяют дорогостоящее традиционное топливо (дизельное или газовое), что значительно удорожает процесс переработки (сжигания) нефтешламов.
Технический результата, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в возможности как отдельного сжигания попутного нефтяного газа, так и одновременного сжигания попутного нефтяного газа и термической переработки нефтяных отходов бурения, а также в повышении экологической чистоты утилизации попутного нефтяного газа за счет более качественного и полного сжигания попутного газа при высоких температурах в турбулентном режиме горения и повышении энергетической и экономической эффективности систем утилизации отходов нефтедобычи за счет использования попутного нефтяного газа в качестве дешевого местного вида топлива для термической переработки нефтяных отходов бурения.
Для достижения данного технического результата универсальная установка для утилизации попутного нефтяного газа и нефтяных отходов бурения, содержащая загрузочное устройство для подачи нефтяных отходов бурения во вращающийся барабан, разгрузочное устройство для удаления отходов переработки нефтешламов из вращающегося барабана, футерованный вращающийся барабан, снабженный перемешивающими элементами и приводом, горелочное устройство, вентилятор с дымовой трубой, пульт управления и узел переключения направления движения газа с заслонкой, снабжена футерованной циклонной камерой сжигания с тангенциально подведенными каналами попутного газа и воздушной рубашкой охлаждения, вентилятором, падающим воздух в рубашку охлаждения, дополнительной дымовой трубой с заслонкой и инжектирующими отверстиями, расположенной между циклонной камерой сжигания и вращающимся барабаном, последовательно расположенными после вращающегося барабана и соединенными между собой воздухозаборником, конденсатором водяных паров и вентилятором с дымовой трубой, при этом каналы попутного газа в циклонной камере сжигания имеют наконечники в виде форсунок, в которые подается воздух из рубашки охлаждения, горелочное устройство расположено в передней торцевой части циклонной камеры сжигания, конденсатор водяных паров соединен с конденсатосборником, а узел переключения направления движения газа с заслонкой расположен после дополнительной дымовой трубы и соединяет циклонную камеру сжигания и вращающийся барабан, причем циклонная камера сжигания, вентилятор для подачи воздуха в воздушную рубашку охлаждения и дополнительная дымовая труба размещены в отдельном контейнере.
Введение в состав универсальной установки для утилизации попутного нефтяного газа и нефтяных отходов бурения, соединенных между собой узлом переключения направления движения газа с заслонкой, футерованной циклонной камеры сжигания с воздушной рубашкой охлаждения и тангенциально подведенными каналами попутного газа, дополнительной дымовой трубой с заслонкой и инжектирующими отверстиями, вентилятора подачи воздуха в воздушную рубашку охлаждения, расположенных в одном контейнере, и вращающегося барабана с загрузочным и разгрузочным устройствами для подачи и извлечения нефтяных отходов бурения, воздухозаборника, конденсатора водяных паров, вентилятора с дымовой трубой и конденсатосборника, расположенных в другом контейнере, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности как отдельного сжигания нефтяного попутного газа за счет перекрытия заслонки в узле переключения направления движения дымовых газов, так и одновременного сжигания нефтяного попутного газа и термической переработки нефтяных отходов бурения за счет перекрытия заслонки в дополнительной дымовой трубе, а также в повышении энергетической и экономической эффективности термической переработки нефтяных отходов бурения за счет использования теплоты дымовых газов от сжигания попутного нефтяного газа как дешевого местного вида топлива и повышении экологической чистоты утилизации попутного газа за счет сжигания попутного нефтяного газа при высоких температурах в турбулентном режиме горения в циклонной камере сжигания.
На чертеже изображена универсальная установка для утилизации попутного нефтяного газа и нефтяных отходов бурения.
Универсальная установка для утилизации попутного нефтяного газа и нефтяных отходов бурения включает в себя футерованную циклонную камеру сжигания 1 с тангенциально подведенными каналами попутного газа, оканчивающимися форсунками 2, воздушной рубашкой охлаждения 3 и горелочным устройством 4, вентилятор 5, подающий воздух в рубашку охлаждения 3, дополнительную дымовую трубу 6 с заслонкой 7 и инжектирующими отверстиями 8, узел переключения направления движения дымовых газов 9 с заслонкой 10, покрытый изнутри огнеупорной футеровкой вращающийся барабан 11 с перемешивающими элементами 12 и приводом 13 (электродвигатель), загрузочное устройство 14 для подачи нефтяных отходов бурения во вращающийся барабан 11, разгрузочное устройство 15 для удаления отходов переработки нефтешламов из вращающегося барабана 11, воздухозаборник 16, конденсатор водяных паров 17, вентилятор 18 с дымовой трубой 19, конденсатосборник 20 и пульт управления 21.
При этом циклонная камера сжигания 1, вентилятор 5 для подачи воздуха в воздушную рубашку охлаждения 3, дополнительная дымовая труба 6 и пульт управления 21 размещены в контейнере 22, а вращающийся барабан 11, загрузочное устройство 14, разгрузочное устройство 15, воздухозаборник 16, конденсатор водяных паров 17, вентилятор 18 с дымовой трубой 19 и конденсатосборник 20 расположены в контейнере 23.
Универсальная установка для утилизации попутного нефтяного газа и нефтяных отходов бурения работает следующим образом.
Установка может работать в двух режимах.
Первый режим осуществляется в отсутствие нефтяных отходов бурения, когда необходима только утилизация попутного нефтяного газа. Для осуществления этого режима заслонка 10 в узле переключения направления движения дымовых газов 9 закрывается, а заслонка 7 в дополнительной дымовой трубе 6 открывается. В циклонную камеру сжигания 1 по тангенциально присоединенным каналам попутного газа, оканчивающимися форсунками 2, подают попутный газ и одновременно запускают в работу горелочное устройство 4 для розжига и поддержания горения в камере 1. Попутные нефтяные газы в циклонной камере сжигания 1 за счет действия центробежных сил при поступательном движении вращающегося потока и начинают сгорать в турбулентном режиме при высоких температурах. Это обеспечивает качественное и полное сгорание попутных газов, уменьшает концентрацию вредных компонентов в отработанных газах и повышает экологическую чистоту сжигания попутного газа. Для эффективного охлаждения циклонной камеры сжигания 1 предусмотрена воздушная рубашка охлаждения 3. В рубашку охлаждения 3 воздух подается с помощью вентилятора 5, где он нагревается, а затем нагретый воздух поступает в форсунки 2 для обеспечения полного сгорания попутного нефтяного газа. Из циклонной камеры сжигания 1 дымовые газы от сжигания попутно нефтяного газа через открытую заслонку 7 поступают в дополнительную дымовую трубу 6, где к дымовым газам через инжектирующие отверстия 8 интенсивно подсасывается атмосферный воздух. За счет этого температура дымовых газов значительно снижается, и они удаляются в атмосферу.
Второй режим осуществляется при наличии нефтяных отходов бурения, когда происходит одновременное сжигание попутного нефтяного газа и термическая переработка нефтяных отходов бурения.
Для осуществления этого режима заслонка 10 в узле переключения направления движения дымовых газов 9 открывается, а заслонка 7 в дополнительной дымовой трубе 6 закрывается. Подача и сжигание попутного газа в циклонной камере сжигания осуществляется аналогично, как и в первом режиме. Но в этом режиме дымовые газы от сжигания попутного газа, при закрытой заслонке 7, поступают через заслонку 10 в узле переключения направления движения дымовых газов 9 в покрытый изнутри огнеупорной футеровкой барабан 11, который за счет привода (электродвигатель) 13 вращается относительно своей продольной оси. Одновременно в барабан 11 через загрузочное устройство 14 подаются нефтяные отходы бурения (нефтешламы). За счет перемешивающих элементов 12, размещенных на внутренней поверхности барабана 11, отходы бурения активно перемешиваются и через них проходят дымовые газы от сжигания попутного газа. Поскольку дымовые газы имеют температуру около 1000°С, из отходов бурения испаряются легкие фракции нефти и начинают гореть внутри барабана 11. В результате горения легких фракций нефтесодержащих отходов бурения и дымовых газов от сжигания попутного газа происходит термическая переработка отходов бурения и термически переработанные отходы бурения ссыпаются в разгрузочное устройство 15 для их дальнейшего удаления.
За счет разряжения, создаваемого вентилятором 18, дымовые газы из барабана 11 поступают в конденсатор 17, а через воздухозаборник 16 одновременно в конденсатор 17 засасывается атмосферный воздух в количестве, значительно большем объема дымовых газов из барабана 11. При смешивании дымовых газов и большого количества атмосферного воздуха разбавленные дымовые газы быстро охлаждаются и из них конденсируются водяные пары, которые осаждаются в виде конденсата в конденсаторе 17. Охлажденные дымовые газы за счет работы вентилятора 18 удаляются в окружающую среду через дымовую трубу 19. Из конденсатора 17 конденсат периодически перекачивают в конденсатосборник 20, откуда конденсат используется на технологические нужды.
Запуск, остановка, а также управление работой установки производится пультом управления 21.
Для удобства осуществления различных режимов работы циклонная камера сжигания 1, вентилятор 5 для подачи воздуха в воздушную рубашку охлаждения 3, дополнительная дымовая труба 6 и пульт управления 21 размещены в контейнере 22, а вращающийся барабан 11, загрузочное устройство 14, разгрузочное устройство 15, воздухозаборник 16, конденсатор водяных паров 17, вентилятор 18 с дымовой трубой 19 и конденсатосборник 20 расположены в контейнере 23.
Источники информации
1. Патент на полезную модель №106339, опубл. 10.07.2011 г.
2. Патент РФ №2213302, опубл. 27.09.2003 г.
3. Патент РФ на полезную модель №82028, Бюл. №10 от 10.04.2009 г.
4. Патент РФ №2156750, опубл. 27.09.2000 г.
5. Патент РФ №2242493 от 20.12.2004 г.
6. Патент №2341547, Бюл. №35 от 20.12.2008 - прототип.