способ переработки нефтесодержащих шламов

Формула изобретения

Способ переработки твердых нефтяных шламов путем раздельного отбора из накопительного амбара верхнего слоя нефтешлама и донного слоя нефтешлама, от донного слоя нефтешлама отделяют замазученный грунт, который отправляют на полигон для биоразложения или используют в качестве изоляционного материала на полигонах размещения бытовых и промышленных отходов, донный слой нефтешлама объединяют с верхним слоем нефтешлама или модифицируют путем разбавления фракцией светлых нефтепродуктов, подготовленный таким образом нефтешлам направляют в теплообменник, перегреватель и под давлением в душ, при выходе из которого он распыляется, противотоком к нефтешламу снизу вверх движутся дымовые газы, при этом нагрев шлама осуществляют от температуры 120-140°С и со скоростью нагрева от 143±15°С/с, далее нагрев осуществляют в соответствии с фиг.2, и на конечном этапе нагрева 340-350°С со скоростью нагрева 10±2°С/с, при этом выделение нефтяных фракций осуществляют на конечном этапе нагрева, в результате выделения нефтяных фракций получают гудрон для дорожного битума, фракцию светлых нефтепродуктов, которую используют в качестве печного топлива или как добавку к сырью гидроочистки на нефтеперерабатывающих заводах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке нефтяных шламов и может быть применено в нефтеперерабатывающей промышленности для получения разнообразных композиционных материалов.

Известен способ переработки и утилизации нефтяных шламов, в котором путем сбора с поверхности накопителя верхнего (нефтяного), среднего (водного) слоев и донных отложений получают объединенную жидкую фазу, которую подают в реактор-разделитель кавитационного типа совместно с реагентом, способствующим разделению в данной фазе эмульсии. При этом получают нефтепродукт, соответствующий легкому котельному топливу и твердый осадок подлежащий обезвреживанию на полигоне путем биоразложения (см. патент RU № 2182921, МПК С10С 3/00, C10G 31/00, 2002).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе не проводят выделение нефтяных фракций, таким образом, отсутствует глубокая переработка углеводородсодержащей части нефтяного шлама и в известном способе применяются реагенты (деэмульгаторы, флотоагенты) на стадии подготовки, что существенно увеличивает стоимость переработки нефтяного шлама.

Известен способ переработки нефтесодержащих шламов, в котором путем очистки нефтешлама в гидроциклоне и гидродинамической обработки в пульсационном насосе с деэмульгатором получают углеводородную эмульсию (см. патент RU № 2411260, МПК C08J 11/00, B01D 21/00, 2011).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе получаемый нефтесодержащий товарный продукт применяют только в качестве топлива, что экономически неэффективно и экологически малоприемлемо, т.к. материальные затраты на переработку превосходят ожидаемый экономический эффект от реализации низкосортного топлива, а сжигание нефтешлама ведет к загрязнению атмосферного воздуха.

Известен способ утилизации нефтяного шлама, в котором путем смешения нефтешлама с низкомолекулярным углеводородным растворителем парафинового ряда, фильтрации и последующего отстаивания обеспечивают флокуляцию и оседание из нефтяного раствора асфальтенов совместно с механическими примесями, а полученный нефтяной раствор утилизируют как нефть товарную I группы качества (см. патент RU № 2172764, МПК C10G 31/09, 2001).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе применяют значительное количество реагентов и дополнительных растворителей, что экономически нецелесообразно, т.к. стоимость низкомолекулярных углеводородных растворителей значительно превосходит стоимость получаемых при переработке товарных продуктов.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ переработки твердых нефтяных шламов, в котором путем перевода его в вязкотекучее состояние, нагрева и модифицирования, выделяют соответствующие нефтяные фракции, (см. патент РФ № 2193578, МПК C08J 11/04, C10G 7/00, C10G 31/06, 2002) принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе нагрев нефтешлама ведут поэтапно от температуры окружающей среды до 700°С со скоростью 1,25-20,0 град/мин, причем, нагрев в интервале 120-240°С проводят со скоростью не более 2,5 град/мин, а в интервале 240-450°С со скоростью не более 20 град/мин, что существенно увеличивает время процесса обработки шлама и энергозатраты на поддержание необходимого температурного режима. Кроме того, в известном способе создают атмосферу инертного газа, азота или ограничивают доступ воздуха в процессе термообработки и модифицирования нефтешлама, что ведет к повышению эксплуатационных требований и эксплуатационных расходов; модифицируют нефтешлам путем изготовления топливных брикетов, сжигание которых приводит к выбросам в атмосферу значительного количества вредных продуктов; не перерабатывают замазученные грунты в изоляционный материал для полигонов размещения отходов, что свидетельствует о неполной переработке исходного шлама.

Сущность изобретения заключается в следующем. Проблема при переработке нефтесодержащих шламов состоит в том, что возникла необходимость снижения затрат на переработку нефтесодержащих шламов, сокращения времени полного испарения воды и светлых нефтепродуктов из нефтешлама, увеличения выхода светлых нефтепродуктов и выделения замазученного грунта для получения изоляционного материала применяемого на полигонах размещения бытовых и промышленных отходов.

Технический результат - сокращение времени испарения воды и светлых нефтепродуктов из нефтешлама, увеличение выхода светлых нефтепродуктов вследствие повышения скорости нагрева нефтешлама при распылении его в среду дымовых газов и предотвращения окисления и осмоления компонентов шлама.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способ переработки твердых нефтяных шламов, осуществляют путем раздельного отбора из накопительного амбара верхнего слоя нефтешлама и донного слоя нефтешлама, от донного слоя нефтешлама отделяют замазученный грунт, который отправляют на полигон для биоразложения или используют в качестве изоляционного материала на полигонах размещения бытовых и промышленных отходов, донный слой нефтешлама объединяют с верхним слоем нефтешлама или модифицируют путем разбавления фракцией светлых нефтепродуктов, подготовленный таким образом нефтешлам, направляют в теплообменник, перегреватель и под давлением в душ, при выходе из которого он распыляется, противотоком к нефтешламу снизу вверх движутся дымовые газы, при этом нагрев шлама осуществляют от температуры 120-140°С и со скоростью нагрева от 143±15 град/сек, далее нагрев осуществляют в соответствии с фиг.2, и на конечном этапе нагрева 340-350°С со скоростью нагрева 10±2 град/сек, при этом выделение нефтяных фракций осуществляют на конечном этапе нагрева, в результате выделения нефтяных фракций получают гудрон для дорожного битума, фракцию светлых нефтепродуктов, которую используют в качестве печного топлива или как добавку к сырью гидроочистки на нефтеперерабатывающих заводах.

Описание изобретения содержит чертежи фиг.1, фиг.2.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, получены в ходе апробации способа переработки нефтесодержащих отходов на образцах нефтешламов из накопительных амбаров, состав которых совместно с результатами экспериментов приведены в табл.1.

Способ переработки твердых нефтяных шламов, включающий перевод его в вязкотекучее состояние осуществляют (см. фиг.1) путем раздельного отбора из накопительного амбара 1 верхнего слоя нефтешлама 2 и донного слоя нефтешлама 3, затем от донного слоя нефтешлама отделяют замазученный грунт 4, который отправляют на полигон для биоразложения или используют в качестве изоляционного материала на полигонах размещения бытовых и промышленных отходов. Донный слой нефтешлама 3 перекачивают в гомогенизатор 5, где его объединяют с верхним слоем нефтешлама 2 или модифицируют путем разбавления фракцией светлых нефтепродуктов. Подготовленный в гомогенизаторе 5 нефтешлам, направляют в промежуточную емкость 6, откуда поэтапно перекачивают его насосом 7 в теплообменник 8, где его нагревают гудроном 9, поступающим из реактора 10 в сборник гудрона 11, и в перегреватель 12, где его нагревают до 120-140°С дымовыми газами 13, которые выводят в атмосферу через вывод дымовых газов 14. Затем перегретый в перегревателе 12 нефтешлам, с содержанием воды не менее 5% по массе, поступает под давлением в 1,5-2 атмосферы в душ 15, при выходе из которого распыляется за счет резкого перехода эмульгированной воды из жидкого состояния в газообразное. Противотоком к нефтешламу, снизу вверх по вертикальному реактору 10, движутся дымовые газы 13 с температурой 420-600°С. При этом нагрев шлама осуществляют со скоростью нагрева от 143±15 град/сек и температурным режимом от температуры 120-140°С на начальном этапе нагрева, далее нагрев осуществляют в соответствии с фиг.2, до скорости 10±2 град/сек и температуры 340-350°С на конечном этапе нагрева. Дымовые газы 13 получают в тепловом агрегате 16 (регулируемом генераторе дымовых газов) путем сжигания топлива 17 (мазута, черного соляра, печного топлива и т.п.) при нагнетании воздуха компрессором 18. Излишек дымовых газов отводят через выход 19. Дымовые газы 13 поступают в реактор 10 через узел подачи дымовых газов 20 и интенсифицируют испарение воды и светлых нефтепродуктов с поверхности капель нефтешлама. При этом выделение нефтяных фракций осуществляют на конечном этапе нагрева, по достижении скорости нагрева 10±2 град/сек и температуры нагрева 340-350°С. Паро-дымовую смесь 21 подают в холодильник 22, где охлаждают водой 23, выводимой через вывод 24, и конденсируют. Затем конденсат подают в сепаратор-отстойник 25, где разделяют на газовые сдувки 26, фракцию светлых нефтепродуктов 27 и воду 28.

Пример. Переработка нефтешламов проводилась в июле-августе 2010-2011 годов. Состав исследованных нефтешламов из шламонакопительных амбаров и выход светлых нефтепродуктов в зависимости от способа обработки приведены в таблице 1. Подготовку образцов для эксперимента осуществляли путем смешения верхнего и донного слоев нефтешлама в соотношении 1:1 по массе [см. М.С.Кузнецова, Н.А. Уварова, А.А. Пименов, В.В. Ермаков, В.А. Бурлака. Дифференциация нефтешламонакопителей на основании их ресурсного потенциала // Экология и промышленность России. 2011. Декабрь. № 12. С.30; Е.А. Кисельников, А.А. Пименов, Н.Г. Гладышев, П.А. Никульшин, В.В. Коновалов, А.А. Пимерзин, Д.Е. Быков. Малоотходная утилизация жидких нефтесодержащих отходов // Экология и промышленность России. 2011. Март. № 3. С.32.] Таким образом, показано, что предлагаемый способ переработки нефтесодержащих шламов позволяет существенно повысить выход светлых нефтепродуктов по сравнению с известным способом переработки.

График, иллюстрирующий эффективность предлагаемого способа переработки нефтешлама, представлен на фиг.2, приведена зависимость скорости нагрева образца нефтешлама в условиях эксперимента по распылению нефтешлама в среду дымовых газов (кривая 1) и расчетная зависимость скорости нагревания в адиабатно-изотермическом режиме, предложенном в известном способе (кривая 2). При распылении нефтешлама в среду дымовых газов получают капли шлама, которые за время процесса нагрева приобретают достаточно высокую температуру для полного испарения растворенной воды и большей части светлых нефтепродуктов. По причине отсутствия кислорода и высокой скорости нагрева не протекают процессы окисления и осмоления компонентов шлама, что увеличивает выход светлых нефтепродуктов. Экспериментальные данные по зависимости скорости нагрева жидкого образца нефтешлама в условиях эксперимента по его распылению в среду дымовых газов приведены в таблице 2.

Результаты анализа гудронов полученных предлагаемым способом (см. табл.3) доказывают соответствие их требованиям, предъявляемым к сырью битумному СБ 20/40 [см. А.Н. Сухоносова, М.С.Кузнецова, Н.Г. Гладышев, В.В. Ермаков, А.А. Пименов. Основные направления квалифицированного использования кубовых остатков выделения дизельных фракций из нефтесодержащих отходов // Экология и промышленность России. 2011. Декабрь. № 12. С.10; ГОСТ 11503-74. Битумы нефтяные. Метод определения условной вязкости].

Таблица 2
Экспериментальная зависимость температуры нагрева жидкого образца нефтешлама в условиях эксперимента по его распылению в среду дымовых газов
№	Температура образца нефтешлама, °С	Время, с
1	120	0,00
2	163	0,30
3	213	0,35
4	268	0,70
5	335	2,35
6	351	3,90

Таблица 3
Результаты анализа полученных гудронов на соответствие требованиям, предъявляемым к сырью битумному СБ 20/40
Показатель	Образцы нефтешлама					Нормативные требования
	№ 1	№ 2	№ 3	№ 4	№ 5
Вязкость условия при 80°С на вискозиметре с диаметром истечения 5 мм, с	49	73	36	43	66	20-40
Температура вспышки в открытом тигле,°С	267	277	233	245	245	Не менее 190
Плотность при 20°С (после отделения мехпримесей), г/см 3	0,992	1,014	0,974	0,986	1,018	0,97-0,99
Температура размягчения по Кольцу и Шару,°С	51	64	35	43	59	Не менее 20
Массовая доля воды, %	Менее 0,4					Следы