Спосіб термічної утилізації нафтового шламу

Реферат: UA 115495 U UA 115495 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способу утилізації нафтового шламу і може бути використана у нафтовій, нафтопереробній та інших галузях промисловості, де має місце утворення та зберігання значної кількості нафтовмісних відходів. Під час процесів перероблення нафти та нафтопродуктів на нафтопереробних заводах (НПЗ) утворюється велика кількість нафтових шламів (5-7 кг на тонну переробленої нафти) [1]. Основною причиною утворення нафтозабруднених ґрунтів є прориви трубопроводів у результаті внутрішньої та зовнішньої корозії. До недавнього часу проблему утилізації нафтового шламу вирішували за допомогою будівництва спеціальних шламонакопичувачів, проте спорудження таких могильників для захоронення відходів - це тимчасовий захід. Водночас нафтові шлами несуть значну небезпеку для навколишнього природного середовища, бо забруднюють повітря, ґрунт та ґрунтові води. В результаті забруднення ґрунту порушується життєдіяльність ґрунтових мікроорганізмів, різко знижується їх чисельність. Всі ці зміни призводять до зниження врожайності сільськогосподарських культур, природної рослинності, деревних культур, а в більшості випадків - до їх загибелі. Саме тому проблема утилізації нафтового шламу надзвичайно актуальна для нафтової та нафтопереробної промисловості. Правильний вибір технології утилізації нафтового шламу забезпечує для підприємства значні вигоди, враховуючи наступні чинники: зменшуються платежі підприємства за розміщення відходів; знижується техногенне навантаження на навколишнє природне середовище; виділені вуглеводні повторно використовують на НПЗ для отримання товарних нафтопродуктів; інертний матеріал використовують у будівництві. Відомі різні методи утилізації нафтових шламів, які залежно від поставленого завдання дозволяють знешкодити практично будь-який вид шламу. Основні промислові методи утилізації нафтового шламу включають [1-3]: центрифугування, з допомогою якого забезпечують ефективне розділення нафтових шламів на три складових: воду з незначними домішками нафти, нафту з незначними домішками води та тверду фракцію (кек) з вмістом нафти не більше 5 % мас. Проте центрифуги мають обмеження по вмісту твердих домішок в сировині до 15 % мас. та не забезпечують повне видалення токсичних нафтопродуктів із кеку; біологічне знешкодження з допомогою бактерій спеціальних штамів, проте процеси деструкції проходять дуже повільно (30-60 днів), потребують значних площ і майже повністю зупиняється при мінусових температурах; хімічне капсулювання токсичних вуглеводнів при додаванні до відходів негашеного вапна. Проте нафтопродукти з часом проникають крізь оболонку капсули та забруднюють навколишнє середовище; метод розмиву з подальшим екстрагуванням створює велику кількість стоків та енергозатратний; метод термічного знешкодження шляхом прямого спалювання відходів пов'язують із значним забрудненням атмосфери та втратою цінної вуглеводневої сировини; метод термічної десорбції шляхом нагріву відходів в барабанах, що обертаються. Нагрів барабанів здійснюють за допомогою високотемпературного органічного теплоносія. Метод характеризується високою вартістю обладнання. Задачею пропонованої корисної моделі є розроблення енергоощадної безперервної схеми утилізації нафтового шламу та нафтовмісних ґрунтів методом високотемпературної обробки для отримання екологічно чистого залишку та додаткової кількості уловлених нафтопродуктів. Суть термічного процесу видалення вуглеводнів із твердих нафтовідходів полягає в тому, що матеріал піддають непрямому нагріву (через стінку), що забезпечує досягнення температури випаровування вуглеводнів та їх перехід в газову фазу. Одночасно з випаровуванням при температурі, починаючи з 340 °C, відбуваються процеси термічного розкладання важких вуглеводневих фракцій (термокрекінг) з утворенням коксу і легших вуглеводневих фракцій. Ілюстрацію процесу випаровування та термодеструкції вуглеводнів, що входять до складу зразку нафтового шламу, зображують на диривотограмі - фіг. 1. Із наведеної диривотограми видно, що в області температур 20-485 °C на кривій TG зразку спостерігається втрата маси, яка супроводжується появою чіткого ендотермічного ефекту на кривій DTA і відповідає виділенню летких компонентів шламу. Процес ускладнюється поліконденсацією найбільш високомолекулярних нестабільних компонентів шламу, про це свідчить поява екзотермічного ефекту на кривій DTA за температур понад 270 °C. 1 UA 115495 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Інтенсивна втрата маси зразку в області температур 335-485 °C відповідає протіканню термічної деструкції компонентів шламу. Про це свідчить поява чіткого ендотермічного ефекту на кривій DTA зразку. Процес деструкції завершується ущільненням важкого залишку шламу, яке супроводжується стрибкоподібним виділенням тепла. Про це свідчить поява екзотермічного ефекту на кривій DTA за температур вищих за 450 °C та одночасне зменшення швидкості втрати маси зразку. За температур понад 480 °C інтенсивність втрати маси зразку різко зменшується. Це свідчить про те, що процеси ущільнення переважають над процесами деструкції. На кривій DTA зразку у цьому температурному інтервалі з'являється чіткий екзотермічний ефект, який відповідає процесам конденсації та коксоутворення [4]. Тому спосіб термічної утилізації нафтового шламу реалізують при температурі 450-480 °C, що гарантує видалення з вихідного матеріалу вуглеводнів будь-якої природи і хімічного складу. На фіг. 2 зображують спосіб утилізації нафтового шламу, який реалізують у кілька стадій. Стадія 1 - підготовка нафтового шламу до термічної деструкції. Вміст води та вуглеводнів у нафтовому шламі коливається в широких межах, проте вода це основний компонент, що споживає тепло в ході термічного знешкодження, оскільки процес випаровування води дуже енергоємний (теплота пароутворення води - 539 ккал/кг). Тому для стабільної роботи системи термічної деструкції небажані великі коливання вмісту води і вуглеводнів, що в першу чергу і зумовлює необхідність використання блока підготовки нафтового шламу. Пропонована система на першій стадії забезпечує практично повне випаровування води та летких вуглеводнів. Використання непрямого нагріву вихідного нафтового шламу за допомогою димових газів та електричних тенів, встановлених в кожусі сушарки дозволяє забезпечити термоізоляцію вузла осушування і виключити викид в атмосферу великих кількостей гарячих газів. У сукупності ці два фактори дозволяють досягати високого теплового ККД на стадії осушування. Витрата електроенергії для нагріву тенів залежить від температури вихідного нафтового шламу, кількості води і вуглеводнів у сировині та регулюється автоматично. Основний нагрів сировини здійснюють димовими газами, які покидають сушарку з температурою 180-220 °C, а електричні тени слугують для доведення температури нафтового шламу до 270 °C перед їх надходженням до камер термічної деструкції. Утворені в сушарці поз.Сш-1 пари води та вуглеводнів по трубопроводу проходять крізь холодильник-конденсатор поз.Х-1, температурний режим якого регулюють таким чином, щоб в ежектори поз.Еж-1А/Б потрапив потік з температурою 50-60 °C, а вода та важкі фракції вуглеводнів конденсують у сепараторі поз.Е-1. Стадія 2 - термічна деструкція вуглеводневої складової нафтових шламів. На другій стадії процесу проводять утилізацію попередньо висушеного нафтового шламу шляхом непрямого нагріву димовими газами (через стінку) камер термічної деструкції поз. Р-1, Р-2 до температури 450-480 °C. При цій температурі відбувається остаточне випаровування і термокрекінг вуглеводнів. Кек на виході з камер термічної деструкції практично не містить водорозчинних вуглеводнів, а залишковий вміст вуглеводнів, не розчинних у воді, не перевищує 0,5-1,5 % і за цим показником є повністю безпечним для навколишнього середовища. Перед вивантаженням кек охолоджують до температури 50 °C за рахунок циркуляції води через водоохолоджуючу сорочку камер термічної деструкції. Перед кожною стадією завантаження осушеного нафтового шламу до камер термічної деструкції здійснюють продувку камер азотом. Стадія 3 - регенерація вуглеводневої пари та очищення технологічних газів. Пари та гази розкладення після камер термічної деструкції надходять в холодильникконденсатор поз.Х-2 та сепаратор поз.Е-1, де відбувається конденсація найбільш важких вуглеводнів та водяної пари. Несконденсовану суміш пари та газів з температурою 50-60 °C засмоктують газоструменевими ежекторами поз.Еж-1А/Б (1 робочий і 1 резервний), які встановлюють на сепараторі поз.Е-2, де розділяють робочу рідину (дизельне паливо) та стиснений вуглеводневий газ. Подачу робочої рідини в ежектори здійснюють відцентровими насосами Н-1А/Б (1 робочий і 1 резервний). Періодично передбачають підживлення системи циркуляції свіжою робочою рідиною. Надлишок робочої рідини, попередньо очищений від механічних домішок на фільтрах поз.Ф-1,2, виводять із системи та використовують як добавку до сировини установок первинної переробки нафти НПЗ. З метою зменшення підживлення свіжою робочою рідиною і забезпечення безкавітаційної роботи насосів поз.Н-1А/Б подачі рідини до ежектора передбачають ємність дегазації робочої рідини поз.Е-3. Для цього частину насиченої робочої рідини, що виводять з надлишковим тиском з сепаратора поз.Е-2, редукують за допомогою регулюючого клапана поз.РV-1 і направляють до сепаратора поз.Е-3 для розділення газу і рідини. Відокремлений газ повторно подають до сепаратора поз.Е-1, а 2 UA 115495 U 5 10 дегазовану рідину відкачують насосами поз.Н-2А/Б (1 робочий і 1 резервний), попередньо охолоджуючи до температури 35-40 °C для забезпечення безкавітаційної роботи насосів поз.Н2А/Б. Несконденсовані гази термокрекінгу та пари вуглеводнів направляють до пальника поз.П1 камери спалювання поз.К-1, а утворені димові гази з температурою 950 °C використовують в подальшому для обігріву камер термічної деструкції поз. Р-1, Р-2. Після камер термічної деструкції тепло димових газів, які мають температуру 550 °C рекуперують у сушарці нафтового шламу поз.Сш-1 та теплообміннику поз.Т-1 шляхом підігріву повітря, яке нагнітають до камери спалювання вентилятором поз. В-1, а відпрацьовані димові гази димососом поз.Д-1 з температурою 150-200 °C скидають в атмосферу. Орієнтовний матеріальний баланс розробленої поточної схеми утилізації нафтового шламу представляють в прикладі 1. Таблиця Приклад 1 № п/п 1 2 15 20 25 Стаття Надійшло нафтового шламу: в тому числі води вуглеводнів механічних домішок Одержано: Знешкоджений шлам (кек) Уловлені вуглеводні Конденсат (емульсія) Газ розкладення Кількість, % мас. 100,0 30 20 50 51,5 12 35 1,5 Запропонований спосіб утилізації нафтового шламу дає змогу регенерувати 98-99 % вуглеводнів та отримати екологічно безпечний кек при мінімальному споживанні зовнішніх енергоносіїв. При вмісті у вихідному нафтовому шламі 20-25 % мас. вуглеводнів та води до 20 % мас. процес утилізації проходить в автотермічному режимі, коли тепла від спалювання виділених вуглеводнів достатньо для утилізації свіжого нафтового шламу. Джерела інформації: 1. Соркин Я.Г. Безотходное производство в нефтеперерабатывающей промышленности / Я.Г. Соркин - М.: Химия, 1983.-200 с. 2. Сейдов А. Рынок оборудования по утилизации нефтешлама в РФ в 2004-2012 г. / А. Сейдов, И. Рухля, Ю. Фомин, О. Плиткина - М.: AT Consulting, 2012. - 140 с. 3. Ахметов А.Ф. Технология утилизации нефтяных шламов / А.Ф. Ахметов, А.Р. Гайсина, И.А. Мустафин // Нефтегазовое дело.-2011. - Том 9.- № 4.-С. 95-97. 4. Vdovenko S. Composition and properties of the refinery oily sludge / S. Vdovenko, S. Boichenko, V. Kochubey // Chemistry&Chemical Technology. - 2015. - Vol. 9. - № 2.- P. 257-260. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Спосіб утилізації нафтового шламу, що включає стадію попереднього нагріву відходів у сушарці, стадію утилізації нафтового шламу шляхом термічної деструкції вуглеводнів у циклічно працюючих камерах та стадію регенерації технологічних газів та пари. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що нафтошлам перед завантаженням у камери термічної деструкції осушують від надлишкової води та летких вуглеводнів за допомогою тепла димових газів та догрівають шлам до температури 250-270 °C за допомогою електричних тенів. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що утилізацію технологічних газів з камер термічної деструкції здійснюють шляхом компримування та адсорбування робочою рідиною газоструменевих ежекторів з подальшим використанням несконденсованих вуглеводневих газів як палива для пальників камери згорання. 4. Спосіб за о п. 1, який відрізняється тим, що для зменшення кількості підживлення свіжої робочої рідини та забезпечення безкавітаційної роботи насосів здійснюють дегазацію робочої рідини. 3 UA 115495 U 4 UA 115495 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5