способ утилизации нефтяного шлама

Формула изобретения

1. Способ утилизации нефтяного шлама, включающий смешение нефтешлама с низкомолекулярным углеводородным растворителем парафинового ряда, фильтрацию и последующее отстаивание полученной системы, отличающийся тем, что для смешения нефтяного шлама с низкомолекулярным углеводородным растворителем парафинового ряда, например с гексаном, ШФЛУ или газовым конденсатом, берется такое количество низкомолекулярного растворителя, которое обеспечивает флокуляцию и оседание из образующегося нефтяного раствора асфальтенов и других компонентов нефтяного шлама, не растворяющихся в данном углеводородном растворителе, а отделившийся при отстаивании осадок смешивается в соотношении 1: 1 по объему с 50%-ным толуольным раствором неионогенного ПАВ, например ОП-10 или АФ 9-12.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после отстаивания углеводородный нефтяной раствор с остаточным содержанием воды менее 0,5%, хлористых солей менее 100 мг/л и неорганических примесей менее 0,05% без какой-либо дополнительной обработки утилизируется как нефть товарная 1 группы качества по ГОСТ 9965-76, а продукт, образующийся при смешении выделившегося из углеводородного нефтяного раствора осадка с 50%-ным толуольным раствором ОП-10 или неонола АФ 9-12, утилизируется в технологических процессах повышения нефтеотдачи пластов, в частности, для приготовления водных эмульсионно-дисперсных систем, используемых для изоляции водопритока добывающих и выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для утилизации нефтяных шламов, образующихся на объектах сбора и подготовки нефти, в частности нефтяных шламов, накапливаемых в нефтеловушках, амбарах, резервуарах, отстойниках и т.д.

Известен способ утилизации нефтяного шлама, например, путем его сжигания в смеси с мазутом с использованием выделяющегося тепла. (Сборник научных трудов. БашНИИНП. Вып. 29, М:, ЦНИИТЭнефтехим, 1990, с.156). Данный способ является экономически неэффективным и экологически малоприемлемым, т.к. для поддержания горения используется не только имеющиеся в нефтешламе нефть и нефтепродукты, но и дополнительно расходуется значительное количество мазута, а сам процесс сжигания нефтешлама сопровождается выбросом в атмосферу значительного количества вредных продуктов.

Известен способ извлечения нефтепродуктов из шламов и загрязненного грунта (RU 2095518, кл. 6 С 10 G 1/04, 1997), включающий экстракцию растворителем, содержащим ароматические углеводороды в двух противоточных ступенях при атмосферном давлении и соотношении растворитель сырье от 1:1 до 2:1. При этом в экстрактор на стадии отстаивания вводят воду в количестве, обеспечивающем ее содержание в остатке 55-60%, а перед второй ступенью в экстрактор вводят экстракт после отстоя его от воды и механических примесей. Недостатком данного способа является большой расход тепловой энергии, необходимой для регенерации значительного объема ароматического растворителя (толуола или смеси ксилолового рафината), имеющего температуру кипения в пределах 110-150^oC.

Известен способ переработки нефтяного шлама, включающий изменение его агрегатного состояния из вязкопластичного в жидкое состояние путем нагревания паром, введения углеводородного растворителя (дистиллята либо другой легкой фракции нефти), механического перемешивания, барбатирования горячим азотом с последующим разделением системы на составляющие компоненты в гидроциклонном разделителе и напорных отстойниках (RU 2097526, кл. 6 E 21 В 21/06, 1997). Недостатками данного способа являются высокие затраты на его осуществление и необходимость в сложном оборудовании.

Известен способ утилизации нефтяного шлама (RU 2064962, кл. 6 С 10 G 31/09, 1996) путем фильтрации с последующим отстаиванием, отличающийся тем, что нефтяной шлам предварительно смешивают с маловязкой товарной нефтью в массовом соотношении 1: 2-4 и нефтяной слой, полученный после фильтрации и отстаивания смеси нефтяного шлама с нефтью, дозируют в товарную нефть в таком количестве, чтобы содержание нормируемых примесей в товарной нефти не превышало допустимые нормы.

Недостаток данного способа заключается в высоком содержании хлористых солей (более 3000 мг/л) в системе, получаемой после фильтрации и отстаивания смеси нефтяного шлама с товарной нефтью, взятых в маcсовом соотношении 1: 2-4, что приводит к необходимости дополнительно затрачивать значительное количество (до 35 мас. ч.) высококачественной товарной нефти с содержанием хлористых солей в пределах 15 мг/л, для смешения с 1 частью такой системы, чтобы в полученной смеси содержание хлористых солей не превышало 100 мг/л (нормируемый показатель по ГОСТ 9965-76).

Наиболее близким к заявляемому относится способ утилизации нефтяного шлама, включающий его смешение с низкокипящими углеводородами парафинового ряда в соотношении 1:3-20, отстаивание и разделение полученной системы на легкую углеводородно-нефтяную фазу и фазу, представляющую собой смесь воды и твердых частиц, с последующим выделением нефтяной фазы путем отгонки легкого углеводородного растворителя при температуре 300-400 градусов по Фаренгейту и давлении около 500-600 фунтов на квадратный дюйм(US 3696.021, С 10 G 33/04, 03.10.1972).

Недостатками данного способа являются большой расход углеводородного растворителя, высокие затраты на осуществление процесса рециркуляции углеводородного растворителя при температуре 150-200^oC (300-400 градусов по Фаренгейту) и давлении около 40 кг/см² (500-600 фунтов на квадратный дюйм), что требует применения специального оборудования. Кроме того, при реализации данного способа значительное количество полярных, высокомолекулярных компонентов нефти (асфальтенов, порфиринов, нафтеновых и асфальтогеновых кислот, высокоплавких углеводородов и др.), не растворяющихся в низкомолекулярных углеводородных растворителях парафинового ряда вместе с твердой фазой не утилизируется, что в значительной степени снижает как экономическую, так и экологическую эффективность данного способа.

Целью предлагаемого изобретения является повышение экономической и экологической эффективности способа утилизации нефтяного шлама за счет практически полного использования содержащихся в нефтяном шламе компонентов как нефтяного, так и иного происхождения для получения на их основе двух принципиально разных по свойствам и назначению товарных продуктов.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе утилизации нефтяного шлама, включающим смешение нефтяного шлама с низкомолекулярным углеводородным растворителем парафинового ряда, фильтрацию и последующее отстаивание полученной системы, для смешения с нефтяным шламом берется такое количество низкомолекулярного углеводородного растворителя, которое обеспечивает флокуляцию и оседание из образующегося нефтяного раствора асфальтенов и других компонентов нефтяного шлама, не растворяющихся в данном углеводородном растворителе, а отделившийся при отстаивании осадок смешивают в соотношении объемов 1:1 с 50%-ным толуольным раствором неионогенного поверхностно-активного вещества (НПАВ), например ОП-10, ГОСТ 8433-81 ( моноалкилфениловый эфир полиэтиленгликоля на основе полимердистиллята с числом оксиэтиленовых групп, равным 10-12), или неонолом АФ 9-12, ТУ 2483-077-0576801-98 (оксиэтилированный монононилфенол на основе тримеров пропилена с числом оксиэтилированных групп, равным 12).

Как следует из данных табл.1, для многих нефтей при их смешивании с низкомолекулярным углеводородным растворителем парафинового ряда, например н-гексаном, флокуляция и оседание из полученного раствора асфальтенов наблюдается при соотношении объемов нефть : н-гексан в пределах от 1,0 : 0,5 до 1,0: 2,0.

На практике для более точного определения, какое количество углеводородного растворителя парафинового ряда необходимо добавить в ту или иную нефть, чтобы произошла флокуляция и осаждение асфальтенов из нефтяного раствора, можно воспользоваться известной методикой оценки коэффициента флокуляции (Кф) асфальтенов. (Нефтяное хозяйство, N 1, 1974 г., с. 50).

Таким образом, отличительная особенность предлагаемого способа утилизации нефтяного шлама состоит в том, что процесс смешивания нефтяного шлама с низкомолекулярным углеводородным растворителем парафинового ряда производят с меньшим (в 1,5-10 раз) количеством углеводородного растворителя и данное смешивание производят с целью:

во-первых, выделения из обрабатываемого нефтяного шлама лишь тех компонентов нефти, которые хорошо растворяются в низкомолекулярном углеводородном растворителе парафинового ряда. Это бензиновые, керосиновые, газойлевые и другие, так называемые "светлые" фракции нефти, а также масла, смолы и низкоплавкие вазелино-парафиновые компоненты нефти;

во-вторых, осаждение из углеводородного нефтяного раствора всех нерастворимых компонентов нефтешлама как органического происхождения (асфальтенов, высокоплавких парафинов и других окислившихся компонентов нефти), содержание которых в нефтяных шламах может достигать 30% и более, так и неорганических частиц различного размера и химической природы, включая осаждение воды в свободном виде или в виде устойчивых капель (глобул) различной степени дисперсности. При этом в результате взаимодействия флокулируемых частиц асфальтенов с тонкодисперсными частицами твердой фазы и глобулами воды резко ускоряется процесс их совместного осаждения из углеводородного нефтяного раствора.

В предлагаемом способе процесс обработки нефтяного шлама осуществляют при атмосферном давлении и температуре в пределах 0-20^oC, что не требует применения специального оборудования и резко сокращает технологические затраты.

После отстаивания системы верхний слой, представляющий собой раствор компонентов нефти в углеводородном растворителе парафинового ряда с содержанием воды не более 0,5%, хлористых солей не более 100 мг/л и неорганических примесей не более 0,05%, после его отделения от осадка декантацией без какой-либо дополнительной обработки утилизируется как "нефть товарная" 1 группы качества по ГОСТ 9965-76.

Образующийся при отстаивании нижний слой, представляющий собой концентрат из осевших из углеводородного нефтяного раствора агломератов из флокул асфальтенов, смол, высокоплавких парафинов, частиц твердых примесей различного размера и химической природы и агрегативно-устойчивых глобул воды, после декантации углеводородного нефтяного раствора (первого товарного продукта) и удаления свободной воды, смешивается 1:1 по объему с 50%-ным толуольным раствором НПАВ, например ОП-10. При этом получают второй товарный продукт, который по своим свойствам, а именно способности при добавлении в воду самопроизвольно образовывать стойкую водную эмульсионно-дисперсную систему (ВЭДС), отвечает требованиям, предъявляемым к реагенту для добычи, например реагенту РДН-1, выпускаемому по ТУ 2458-001-211-66006-97, и так же как данный реагент используется для изоляции водопритока в добывающих скважинах или выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин.

Таким образом, в отличие от известного способа, взятого за прототип, в предлагаемом способе утилизации нефтяного шлама для смешивания нефтешлама с низкомолекулярным углеводородным растворителем парафинового ряда, обеспечивающим флокуляцию асфальтенов, берется значительно меньшее количество низкомолекулярного растворителя, что исключает целесообразность его регенерации и упрощает процесс выделения из нефтешлама в качестве товарного продукта только тех компонентов нефти, которые растворяются в низкомолекулярном углеводородном растворителе парафинового ряда. Используя же дополнительное смешение отделившегося из углеводородного нефтяного раствора нижнего слоя с 50%-ным толуольным раствором НПАВ, например ОП-10 или неонола АФ 9-12, получают второй товарный продукт, реагент типа РДН-1, в состав которого, в виде коллоидного раствора, входят все остальные компоненты нефти, нерастворимые в низкомолекулярном углеводородном растворителе парафинового ряда и, в виде суспензии, - тонкодиспергированные под действием НПАВ частицы различных минеральных примесей.

Исследования патентной и научно-технической литературы показали, что подобная совокупность существенных отличительных признаков, используемых в предлагаемом способе утилизации нефтяного шлама, является новой и ранее не использовалась, что позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого технического решения критериям "научная новизна" и "изобретательский уровень".

На чертеже приведена принципиальная схема утилизации нефтяного шлама предлагаемым способом.

В соответствии с представленной схемой предлагаемый способ утилизации нефтяного шлама осуществляют следующим образом.

Из шламового амбара нефтяной шлам I подают на механический фильтр 1, расположенный внутри корпуса диспергатора 2. Одновременно с подачей нефтяного шлама из емкости 3 по линии II подают расчетное количество низкокипящего углеводородного растворителя парафинового ряда, например н-гексан, ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов) или сырой газовый конденсат.

Крупные твердые включения (камни, гравий, песок и т.п.), уловленные на механическом фильтре, периодически, вместе с отделившейся свободной водной фазой, по линии III сбрасывают в накопитель 4 и далее утилизируют известным образом (вода подается на очистные сооружения, а крупные твердые включения используют в строительстве, например, при сооружении дорог). Отфильтрованная и тщательно перемешанная (передиспергированная) смесь нефтешлама и углеводородного растворителя по линии IV поступает в отстойники 5.

Отстойники 5 работают периодически. В то время, когда из одного отстойника по линии V откачивают в емкость 6 товарный продукт - отстоявшийся нефтяной раствор, отвечающий по нормируем показателям требованиям, предъявляемым к товарной нефти 1 группы качества, а по линии VI сбрасывают в смеситель 7 осевший концентрат различных дисперсных частиц, то в другом отстойнике происходит процесс флокуляции асфальтенов с образованием в углеводородном нефтяном растворе хлопьевидных агломератов с различного вида частицами механических примесей, глобулами воды, микрокристаллами солей и т.п. и их отстаивание. Одновременно с поступлением в смеситель 7 концентрата осевших агломератов из асфальтенов и дисперсных частиц в смеситель 7 по линии VII из емкости 8 подается 50%-ный (по массе) толуольный раствор неионогенного ПАВ, например ОП-10, неонола и др., а полученная смесь из смесителя 7 по линии VIII поступает в емкость 9 приема другого товарного продукта - состава, используемого для повышения нефтеоотдачи пластов, в частности для приготовления ВЭДС.

Пример. Предлагаемый способ испытан в лабораторных условиях.

В качестве утилизируемого нефтешлама были взяты типичные образцы шламов, формируемых на нефтяных месторождениях, в частности: образец 1 - "плавающий" нефтешлам, отобранный из нефтеловушки системы очистки дренажных вод, поступающих с установки подготовки нефти (УПН), образец 2 - "застарелый" нефтешлам (срок хранения около 20 лет),отобранный из шламонакопителя, образец 3 - донный осадок, отобранный при зачистке товарного резервуара.

В качестве низкокипящего углеводородного растворителя парафинового ряда использовали сырой газовый конденсат (t нач.кип. =37^oC, плотность при 20^oC = 0,745 г/см³), отобранный из емкости улавливания жидких углеводородов из газопровода при транспортировке нефтяного газа с УПН до ГПЗ.

В качестве неионогенного ПАВ для приготовления 50% мас. толуольного раствора использовали неонол АФ 9-12 (ТУ 38-50724-87).

Компонентный состав обрабатываемых образцов нефтешламов приведен в табл. 2.

В табл. 3 представлены результаты обработки нефтешламов различного типа предлагаемым способом.

Из приведенных в табл. 2 и табл. 3 данных следует, что предлагаемый способ утилизации нефтяного шлама позволяет перерабатывать нефтяной шлам различного типа и может быть использован на нефтяных месторождениях для улучшения экологической обстановки с получением в процессе переработки нефтесодержащих шламов продукта, аналогичного товарной нефти 1 группы качества по ГОСТ 9965-76, и продукта типа РДН-1 для применения его в технологических процессах повышения нефтеотдачи пластов.