способ очистки грунта от нефтепродуктов и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки грунта от нефтепродуктов, включающий размывку грунта раствором моющего средства с деэмульгирующим эффектом с подогревом водяным паром с образованием пульпы, фильтрацию пульпы от крупных частиц, разделение твердой и жидкой фаз с повторным подогревом паром, с последующим выводом нефтепродуктов, твердых частиц и воды, отличающийся тем, что подогрев водяным паром и очистку от нефтепродуктов осуществляют с разгоном пара до чисел Маха 1-1,25 и последующим торможением на неподвижной преграде с созданием высокочастотных колебаний среды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве грунта используют суглинистый грунт, или торфяной грунт, или грунт, содержащий гумус.

3. Установка для очистки грунта от нефтепродуктов, содержащая бункер с исходным грунтом, емкость для разделения пульпы с сепаратором, соединенную с устройством для подачи водяного пара, и сливы для нефтепродуктов, твердых частиц и воды, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена двумя экстракторами, соединенными с устройствами для подачи водяного пара, при этом устройства для подачи водяного пара оснащены акустическими газовыми излучателями, осуществляющими разгон пара до чисел Маха 1-1,25 с созданием высокочастотных акустических колебаний, а один из экстракторов выполнен в виде тарелей с отверстиями разного диаметра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для очистки грунта от нефтепродуктов.

Известен способ и устройство для очистки нефтяных шламов и грунтов, заключающийся в разделении нефтешлама на водную и нефтепродуктовую фазы. При этом нефтешлам предварительно обрабатывают деэмульгатором, фильтруют, нагревают до 40-45^oС и отстаивают с разделением его на нефтепродуктовую и водную фазы, водно-иловую суспензию и замазученные примеси, которые отмывают углеводородным растворителем, обрабатывают водяным паром, а водно-иловую суспензию используют в качестве питательной среды для выращивания микроорганизмов, затем механические примеси и водно-иловую суспензию с выращенными микроорганизмами объединяют и осуществляют очистку полученной смеси анаэробными микроорганизмами и выводят очищенные механические примеси (грунт) (Пат. РФ 2116265, кл. C 02 F 11/00, БИ 21, 1998 г.).

К недостаткам известного технического решения относится сложность и энергоемкость его осуществления, вызванная очисткой выращенными микроорганизмами и нерациональным использованием водяного пара.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ очистки грунта от нефтепродуктов и установка для его осуществления (Пат. РФ 2078740, кл. C 02 F 11/14, БИ 13, 1997 г.).

Сущность известного технического решения состоит в том, что исходный нефтешлам предварительно обрабатывают деэмульгатором, а после нагревания до 40-45^oС нефтешлам отстаивают с выделением четвертой фазы - водно-иловой суспензии, которую используют в качестве питательной среды для выращивания микроорганизмов, при этом механические примеси отмывают углеводородным растворителем, обрабатывают водяным паром, а водно-иловую суспензию используют в качестве питательной среды для выращивания микроорганизмов, затем механические примеси и водно-иловую суспензию с выращенными микроорганизмами объединяют и осуществляют обезвреживание полученной смеси анаэробными микроорганизмами с последующей доочисткой в анаэробных условиях, после чего вносят грибной инокулят, культивируют, отделяют полученную грибную биомассу и выводят очищенные песок и глину.

Установка для осуществления этого способа работает следующим образом.

Нефтешлам, очищенный от крупных частиц и обработанный деэмульгатором, подают в емкость, где его нагревают водяным паром до температуры 45^oС. В емкости нефтешлам расслаивается на четыре фазы: нефтепродуктовую, водную, водно-иловую суспензию и замазученные механические примеси. Нефтепродуктовую фазу выводят из емкости, обрабатывают деэмульгатором и подают в подогреватель-смеситель, где ее подогревают водяным паром до температуры 75^oС, центрифугируют и очищают от механических примесей. Очищенная нефтепродуктовая фаза поступает в емкость-деаэратор, далее в подогреватель-смеситель, где ее подогревают водяным паром до температуры 95^oС, сепарируют и выводят очищенный нефтепродукт и воду, которую повторно сепарируют и получают чистую воду. Водную фазу подают на размыв донного осадка. Замазученные механические примеси выводят в емкость, в которую добавляют растворитель - легкую бензиновую фракцию НК - 62^oС и водяной пар. Отмытый растворителем и обработанный водяным паром грунт подают в аппарат биологической очистки.

Водно-иловую суспензию подают в аппарат очистки - культиватор, куда также подают питательные вещества: источники азота, фосфора, буферные растворы для поддержания рН, а также инокулят. В культиватор для обеспечения необходимых условий размножения и ускоренного роста микроорганизмов поступает сжатый воздух и водяной пар с температурой 30^oС. Далее водно-иловую суспензию с микроорганизмами подают в аппарат биологический очистки, где выдерживают в течение 2 суток, затем отключают подачу сжатого воздуха и водяного пара и вносят в аппарат сообщество анаэробных микроорганизмов. Обработка анаэробными микроорганизмами длится в течение 3 суток при температуре 45^oС. Далее среда из аппарата биологической очистки переводится в аппарат-культиватор, в котором происходит обработка среды с использованием грибной микрофлоры. Грибная микрофлора в течение 10 суток разлагает органические соединения, а также микроорганизмы, накопленные на предыдущих стадиях очистки.

В завершении обработки из аппарата выводят очищенные и обезвреженные песок и глину.

К недостаткам известного способа и установки относятся длительность процесса, вызванная необходимостью выращивания микроорганизмов, большие энергетические затраты, громоздкость установки, ее низкая мобильность.

Техническая задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении эффективности очистки грунта от нефтепродуктов и расширении района использования за счет мобильности установки.

Для решения технической задачи в способе очистки грунта от нефтепродуктов, включающем размывку грунта раствором моющего средства с деэмульгирующим эффектом с подогревом водяным паром с образованием пульпы, фильтрацию пульпы от крупных частиц, разделение твердой и жидкой фаз с повторным подогревом паром, с последующим выводом нефтепродуктов, твердых частиц и воды, подогрев водяным паром и очистку от нефтепродуктов осуществляют с разгоном пара до чисел Маха 1-1,25 и последующим торможением на неподвижной преграде с созданием высокочастотных колебаний среды.

В качестве грунта используют суглинистый грунт или торфяной грунт, или грунт, содержащий гумус.

Установка для очистки грунта от нефтепродуктов, содержащая бункер с исходным грунтом, емкость для разделения пульпы с сепаратором, соединенную с устройством для подачи водяного пара, и сливы для нефтепродуктов, твердых частиц и воды, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена двумя экстракторами, соединенными с устройствами для подачи водяного пара, при этом устройства для подачи водяного пара оснащены акустическими газовыми излучателями, осуществляющими разгон пара до чисел Маха 1-1,25 с созданием высокочастотных акустических колебаний, а один из экстракторов выполнен в виде тарелей с отверстиями разного диаметра.

Опытно-промышленная установка предназначена для очистки (отмывки) грунта (песок, суглинок, чернозем) от углеводородов (масло, жидкое топливо, мазут).

Процесс отмывки грунта включает в себя обработку грунта реагентами (моющими веществами), паром, воздействием акустических волн.

В процессе технологического цикла грунт и вода очищаются до значений предельно-допустимых концентраций, утвержденных нормативными документами, для сброса в окружающую среду.

Сущность изобретения поясняется следующим образом. На всех стадиях обработки обрабатываемый грунт подвергают воздействию акустического излучения, формируемого потоком пара в акустическом излучателе. Это дает повышение эффективности отмыва грунта от нефтепродуктов, подавление вредных микроорганизмов и возможность упростить установку.

Водяной пар, подаваемый под давлением в акустические излучатели, формирует в установке поле переменного сжатия-расширения, которое приводит к следующим эффектам:

- пористые частицы, капилляры которых загрязнены нефтепродуктом, при воздействии переменного поля давления освобождаются от "пробок" загрязнителя за счет эффекта расширения воздуха в период фазы пониженного давления в акустическом поле, имеющегося в порах. Таким образом, степень очистки повышается;

- крупные частицы грунта разрушаются, при этом происходит "сдир" загрязнителя с поверхности частиц;

- акустические колебания высокой частоты разрушают водно-нефтяную эмульсию, что облегчает сепарацию воды и углеводородов и тем самым позволяет снизить расход дорогого деэмульгатора. Кроме того, акустическое поле можно формировать в установке различными типами акустических излучателей:

- электрического типа,

- работающих от сжатого воздуха,

- работающих от перегретого пара.

Использование акустических излучателей, работающих от перегретого пара, предпочтительно, так как это позволяет совместить процесс формирования акустического поля высокой частоты с подогревом среды до температуры, требуемой для очистки.

В качестве моющего средства используется ПАВ, представляющий собой 3% раствор полиметилакрилата натрия, который обеспечивает кроме моющего действия эффект деэмульгирования водно-нефтяной эмульсии.

Предлагаемая установка для обработки грунта выполнена передвижной и может быть использована и на берегу моря, и в местах нефтедобычи, то есть во всех местах, где есть остатки нефтепродуктов.

Скорость разгона пара до чисел Маха (М=1,0-1,25) выбрана на основании многочисленных экспериментов и является величиной оптимальной.

В случае, если скорость разгона пара будет менее М=1,0, эффекта акустического воздействия наблюдаться не будет. Если скорость разгона пара будет более М=1,25, на конечный результат влияние не будет оказано, но приведет к усложнению установки из-за необходимости повышения давления пара.

На фиг.1 представлена схема установки очистки грунта от нефтепродуктов.

На фиг.2 - схема акустического газового излучателя.

Установка содержит размещенные последовательно загрузочный бункер 1 с транспортером 2 и конвейером 3, дробилку 4, емкость 5 для размыва грунта с лотком 6, экстрактором 7, устройство для подачи пара с акустическим газовым излучателем 8, конвейером 9 для отвода крупных частиц и трубопроводом 10 с фильтром 11 для перемещения пульпы в бак 12.

Бак 12 для разделения сырья на нефтепродукты, воду и механические примеси состоит из двух частей и оборудован тонкослойным массовым сепаратором 13, плавающим жидкостным приемным устройством 14 для отвода нефтепродуктов, регулятором уровня 15, устройством для подачи пара, оснащенным четырьмя акустическими газовыми излучателями 16 для подачи пара, сменным сетчатым фильтром 17, трубопроводом 18 для возврата излишков воды в бак 5 на размыв грунта, пластинчатым конвейером 19 и шнековым транспортером 20 для загрузки тяжелых частиц грунта в экстрактор 21, трубопроводом 22 для подачи глиняной пульпы в баки-отстойники 23, 24, трубопроводом 25 для отвода тяжелых и трубопроводом 26 для отвода легких нефтепродуктов в емкости потребителя.

Экстрактор 21 снабжен устройством для подачи пара, оснащенным акустическим газовым излучателем 27 и конвейерами 28 и 29 для выгрузки очищенного грунта в приемную емкость 30.

Баки-остойники 23 и 24 соединены соответственно с баками 31 и 32, из которых подается коагулянт. В баках-отстойниках 23 и 24 происходит выпадение глины в осадок и выгрузка концентрированного глиняного отстоя в емкость 30.

Вода с моющим средством для размыва грунта подается из емкости 33.

Акустический газовый излучатель (фиг.2) состоит из корпуса 34, правая часть которого выполнена в виде сопла 35, вставки 36 с газоходами 37 для разгона пара и ограничителя 38, выполняющего роль неподвижной преграды.

Способ реализуют следующим образом.

Замазученный грунт доставляют автотранспортом и ссыпают в бункер 1. При включении транспортера 2 грунт ссыпают на конвейер 3. Загрязненный грунт по конвейеру 3 подают в валковую дробилку 4, между валками которой происходит дробление крупных камней, гальки и других твердых включений до частиц размером 10-40 мм, в зависимости от зазора, установленного между валками. Для облегчения процесса дробления грунта и предотвращения налипания вязких углеводородов на вальцах дробилки в верхнюю часть дробилки поверх вальцов подается вода, содержащая ПАВ. Из дробилки 4 грунт подают по лотку 6 на вращающиеся в горизонтальной плоскости тарели экстрактора 7, помещенного в емкость 5, заполненную водой. С целью понижения вязкости нефтепродукта, а также повышения эффективности отмыва крупных частиц из емкости 33 в дробилку 4, а затем по лотку 6 на тарели экстрактора 7 подают воду с моющим средством (деэмульгатором). На тарелях экстрактора 7 происходит размыв грунта. Тарели экстрактора выполнены с отверстиями разного размера, частицы грунта, полученные при дроблении в дробилке 4, проскакивают через отверстия на верхних тарелях, омываются раствором воды с моющим средством и, задерживаясь на нижней тарели, сбрасываются на конвейер 9 и выносятся за пределы емкости 5. Для получения хорошего качества отмыва в емкость 5 подают пар через акустический газовый излучатель 8. При этом крупные частицы, которые по конвейеру 9 перемещаются в растворе моющего средства, сбрасывают за пределы установки в бункер (на фиг.1 не показан). Водяной пар, подаваемый под давлением в корпус 34 акустического излучателя (фиг.2), проходя по газоходам 37, вставке 36 и соплу 35, разгоняется до скорости, при которой число Маха М= 1,0. На выходе из корпуса поток пара тормозит о неподвижную преграду 38. В результате разгона и торможения возникают высокочастотные акустические колебания среды, что способствует без дополнительных затрат энергии на ввод пара интенсифицировать процесс отмыва твердых включений.

Оставшуюся (основную) часть потока пульпы (раствор моющего средства с твердым грунтом и коллоидный раствор части грунта) по трубопроводу через самоочищающийся фильтр 11 подают в бак 12.

Бак 12 представляет собой емкость, разделенную перегородкой на две части. Он оборудован несколькими внутренними устройствами, в том числе тонкослойным массовым сепаратором 13. В приемную камеру бака 12 вводят водяной пар через акустические газовые излучатели 16 под слой жидкости. Под воздействием колебаний, создаваемых акустическими газовыми излучателями 16, происходит процесс экстрагирования и отмывки тяжелых частиц. Тонкослойный сепаратор 13 разделяет сырье на нефтепродукты, воду и тяжелые механические частицы. С верхнего уровня бака 12 нефтепродукты переливаются через сливное отверстие со сменным сетчатым фильтром 17 и поступают в левую часть бака 12 для накопления нефтепродуктов.

Легкие нефтепродукты через плавающее на поверхности жидкости приемное устройство 14 поступают во всасывающий патрубок линии 26 и далее в емкость потребителя. При этом при обработке грунтов, загрязненных мазутом или битумом, часть легких углеводородов, забираемых из емкости 12, направляют в емкость 5 для размыва грунта.

Тяжелые нефтепродукты периодически по мере накопления с нижнего уровня левой части бака по линии 25 откачивают в емкость потребителя.

С промежуточного уровня правой части бака 12 излишки воды переливаются через сливное отверстие трубопровода 18, и далее самотеком в бак 5 на размыв грунта. В сливном отверстии трубопровода 18 предусмотрена плавная регулировка уровня перелива, что в свою очередь изменяет величину разницы уровней нефтепродукта и воды в правой части бака. Разница уровней пропорциональна разности плотностей воды и нефтепродукта. Регулирование уровня позволяет изменять степень их очистки.

Тяжелые частицы (песок, мелкие камешки) с нижнего уровня бака выводят пластинчатым конвейером 19 в шнековый транспортер 20, который загружает их в приемное устройство экстрактора 21, где происходит их доочистка. В район выгружного окна экстрактора 21 через акустический газовый излучатель 27 подводится водяной пар. Проэкстрагированная смесь нефтепродуктов поднимается в верхнюю часть экстрактора 21. Здесь установлен регулятор уровня перелива аналогичный регулятору, установленному в баке 12. С верхней части экстрактора 21 нефтепродукты возвращают в бак 12. Очищенный грунт конвейерами 28 и 29 выгружают в приемную емкость 30.

При работе с суглинистым грунтом пульпа состоит из воды со взвешенными мелкодисперсными частицами глины и нефтепродуктов. Вода, насыщенная глиной, с нижнего уровня бака 12 по линии 22 перекачивается в бак-отстойник 23, туда же из бака 31 самотеком подается коагулянт. В баке 23 происходит процесс выпадения глины в осадок. Далее повторяется цикл работы и наполняется глиняной пульпой бак-отстойник 24 аналогично тому, как проводилась работа с баком-отстойником 23, но с использованием коагулянта из бака 32. После окончания выпадения осадка в баке-отстойнике 23 вода с его верхнего уровня возвращается в бак 12, а концентрированный глиняный отстой выгружается в емкость 30.

По окончании опорожнения бака-отстойника 23 он пополняется водой, заправляется коагулянтом и цикл повторяется.