Способ переработки нефтешламов для промышленного использования

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к технологическим процессам обработки нефтесодержащих шламов с получением сырья для установки подготовки товарной нефти и получением котельного топлива. Обработку нефтешлама осуществляют в ультразвуковой кавитационной установке (УЗКу). Паром нагревают нефтешлам до температуры 60-90°С и с помощью насоса создают давление до 6 кгС/см², которое позволяет создавать ультразвук частотой 20-50 кГц, и производят трехкратную обработку смеси нефтешлама с деэмульгатором в количестве 2000 г на тонну для использования в качестве топлива для котельных агрегатов и в количестве 4000 г на тонну для использования в качестве сырья для установки подготовки товарной нефти. При этом производят отстой нефтешлама в течение 24 часов для использования его в качестве топлива, где после отстоя образуется нефтешлам с содержанием воды не менее 10%. После отстоя нефтешлама в течение 48 часов получают нефтепродукт с содержанием воды менее 1% и нефти до 500 мг/л. Дополнительно частично обезвоженный нефтешлам с содержанием воды 10% используют как котельное топливо и трехкратно обрабатывают в ультразвуковом кавитационном устройстве с давлением 20 кгС/см² и частотой 100-200 кГц. Технический эффект - получение товарной нефти и котельного топлива за счет обезвоживания нефтешламов. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к технологическим процессам обработки нефтесодержащих шламов.

Известен способ переработки и использования отходов углеводородов, включающий разогрев отходов углеводородов, добавление воды, смешивание отходов с жидким топливом, диспергирование получаемой смеси для образования водотопливной эмульсии и подачу водотопливной эмульсии на сжигание, где все это выполняется в смесителе гомогенизаторе (см. патент 2204761, F 23 G 7/00, 2001).

Недостатком является то, что данный метод не получает сырья для получения товарной нефти.

Известен «Способ разрушения стойкой нефтяной эмульсии», заключающийся в введении неионогенного деэмульгатора типа блок-сополимера окисей этилена и пропилена в смеси с реагентом и добавления воды для обводнения эмульсии с нагревом и перемешиванием. Введение воды производят перед введением деэмульгатора и ведут обводнение пластовой водой, а нагревание происходит до 60°С (см. патент 2198200, С 10 G 33/04, 2000).

Недостаток состоит в том, что вводится большое количество свежей воды для разделения эмульсии. Этот способ не подходит для стойких старых эмульсий.

Известен «Способ приготовления водно-мазутной топливной эмульсии», включающий диспергирование обводненного мазута, где диспергирование осуществляют воздействием акустических колебаний частотой 4-6 кГц и интенсивностью 50-150 Вт/см².

Недостаток известного способа состоит в том, что не получают сырья для получения товарной нефти.

Известен «Способ переработки нефтяных шламов, включающий фильтрование, центрифугирование и сепарирование нагретого нефтешлама, выделение трех фаз нефтепродуктов, где исходный нефтешлам обрабатывают деэмульгатором и отстаивают (см. патент 2078740, С 02 F 11/14, 1994, прототип).

Недостатки способа состоят в том, что процесс разрушения эмульсии происходит за счет центрифугирования, которое требует больших энергетических затрат, и не происходит интенсивного разрушения сольватных оболочек глобул воды и слияние мелких частиц воды, а также не получают сырье для получения товарной нефти.

Цель изобретение - получение товарной нефти за счет обезвоживания.

При очистке нефтяных амбаров от нефтешламов решаются две задачи

1) получение сырья для установки подготовки товарной нефти; 2) получение котельного топлива.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки нефтешламов для промышленного использования, включающем фильтрование нагретого нефтешлама, выделение трех фаз нефтепродукта, воды и механических примесей, обработку деэмульгатором и отстаивание, обработку нефтешлама осуществляют ультразвуковым кавитационным устройством, при этом паром нагревают нефтешлам до 60-90°С и с помощью насоса создают давление в ультразвуковом кавитационном устройстве до 6 кгС/см², которое позволяет создавать ультразвук с частотой 20-50 кГц /время обработки 2,5 часа/, которым производят трехкратную обработку смеси нефтешлама с деэмульгатором, в количестве 2000 г/тонну, для использования в качестве топлива для котельных агрегатов, а также в количестве 4000 г/тонну для использования в качестве сырья для установки подготовки товарной нефти. При этом производят отстой нефтешлама в течение 24 часов для использования его в качестве топлива, где после отстоя образуется нефтешлам с содержанием воды менее 10%, а после отстоя нефтешлама в течение 48 часов получают нефтепродукт с содержанием воды менее 1% и нефти до 500 мг/л. Дополнительно частично обезвоженный нефтешлам с содержанием воды 10% используют как котельное топливо и трехкратно обрабатывают в ультразвуковом кавитационном устройстве с давлением 20 кгС/см² и частотой 100-200 кГц /время обработки 3,5 часа/.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что обезвоживание нефтешлама осуществляется в ультразвуковой кавитационной установке в присутствии деэмульгатора. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».

Известные технические решения, в которых обработку ведут ультразвуком в режиме кавитации (см. з-ку №20022119764, C 02 F 1/36, 2002 г.). Однако здесь очищается вода, а не нефтешлам. Известны эксперименты по использованию ультразвука для эмульгирования смеси в пищевой промышленности, формацевтической, лакокрасочной и других отраслях. Здесь идет речь о гомогенизации, то есть перемешивании. Авторами было установлено, что сверхзвуковая обработка при определенной частоте, соответствующая резонансной частоте частиц воды в нефтешламе, вызывает интенсивные колебания последних и тем самым ускоряет разрушение сольватных оболочек глобул воды после воздействия на них деэмульгатора.

При этом в узловых точках звукового поля будет происходить скопление дисперсных частиц (воды). В результате происходит увеличение концентрации колеблющихся частиц воды в определенных областях озвучиваемого объема и возрастает вероятность столкновения и соответственно слияние мелких частиц воды. В результате вода выделяется и остается обезвоженный нефтепродукт. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения «изобретательский уровень».

На чертеже изображен внешний вид устройства для осуществления способа переработки нефтешламов для промышленного использования.

Устройство состоит из земляного амбара для хранения нефтешлама 1, всасывающего патрубка 2, гибкого шланга ⊘ 100 мм - 3, вакуумного насоса для удаления нефтешлама 4, мазутного фильтра 5, емкости для накопления и обработки нефтешлама 6, насоса НШ-80 - 7, ультразвукового кавитационного устройства (УЗКу) - 8, трубопровода ⊘ 40 мм - 9, монометра 10, термометра 11, задвижек ⊘ 40 мм - 12, змеевика для подогрева нефтешлама 13, задвижек ⊘ 40 мм - 14, дозирующего устройства 15, дренажного трубопровода для слива воды ⊘ 100 мм - 16, задвижки ⊘ 100 мм - 17 и приемной емкости 18.

Работает устройство следующим образом.

Устанавливают технологическое оборудование непосредственно у амбара для хранения нефтешлама. Производят подключение электрического оборудования установки. Нефтешлам из земляного амбара 1 через всасывающий патрубок 2 по гибкому шлангу 3 перекачивают с помощью вакуумного насоса 4 в емкость для накопления и обработки нефтешлама V=50 м³ - 6. Через систему змеевиков 13, установленных в емкости для накопления и обработки нефтешлама V=50 м³ - 6, паром нагревают нефтешлам до температуры 60-90°С. Включают насос НШ-80 - 7, который перекачивает из емкости для накопления 6 нефтешлам через ультразвуковую кавитационную установку 8 и нефтяной фильтр 5, и возвращают обратно в емкость для обработки нефтешлама 6. Через дозирующее устройство 15 в поток нефтешлама вводят деэмульгатор (неионогенные ПАВы) в количестве 2000 г на тонну для использования в качестве топлива для котельных агрегатов; в количестве 4000 г на тонну для использования в качестве сырья для установки подготовки товарной нефти.

Проводят трехкратную обработку смеси нефтешлама с деэмульгатором в ультразвуковой кавитационной установке с давлением 6 кг·с/см², которое позволяет создать ультразвук с частотой 20-50 кГц. Время обработки 2,5 часа. Затем производят отстой нефтешлама: в течение 24 часов для использования нефтешлама в качестве топлива для котельных агрегатов; в течение 48 часов для использования нефтешлама в качестве сырья для установки подготовки товарной нефти.

После окончания отстоя сливают выделенную воду с содержанием нефтепродуктов 500 мг/л через дренажный трубопровод 16 в очистные сооружения.

Для полного качественного сгорания нефтешлама необходимо создать устойчивую высокодисперсную эмульсию. Для этого необходимо произвести трехкратную обработку частично обезвоженного нефтешлама в ультразвуковой кавитационной установке с давлением 20 кг·с/см², которая позволяет создать ультразвук с частотой 100-200 кГц. Время обработки 3,5 часа.

После этой операции происходит дробление нефтешлама на мелкодисперсные частицы, что положительным образом сказывается на устойчивости горения факела и предотвращает выделение воды при длительном хранении или транспортировки.

После обезвоживания нефтешлама производят химический анализ.

При использовании нефтешлама в качестве сырья для установки подготовки товарной нефти обводненность нефтешлама должна составлять менее 1%. При достижении данного показателя открывают задвижку 12, включают насос НШ-80 - 7 и перекачивают обработанный нефтешлам в приемную емкость 18. Полученный нефтешлам из приемной емкости 18 можно использовать для получения товарной нефти в условиях нефтяных промыслов.

При использовании нефтешлама в качестве топлива для котельных установок обводненности нефтешлама должна составлять менее 10%. При достижении данного показателя необходимо открыть задвижку 12, включить насос 7 и перекачать обработанный нефтешлам в приемную емкость заказчика 18. Полученный нефтешлам из приемной емкости 18 может использоваться в качестве топлива для котельных агрегатов.

Таким образом производят полное удаление нефтешлама из земляного амбара (шламонакопителя).

Пример 1. Результат лабораторных исследований по обработке нефтешлама амбар №1, цех №2. При проведении экспериментов по деэмульсации нефтешламов менялись режимы обработки нефтешламов по следующим параметрам: температура, кратность обработки, давление, расход деэмульгатора, время отстоя. Результаты приведены в таб. 1. Из таблицы 1 следует, что оптимальными параметрами для деэмульгации нефтешлама, т.е. разрушение сольватной оболочки глобул воды, являются следующие параметры: температура обработки 60-90°С, трехкратная обработка, давление 6 кг с/см², расход деэмульгатора 2000-4000 г/т, время отстоя 24-48 часов.

Пример 2. Акт испытаний по использованию частично обезвоженного нефтешлама с содержанием воды до 10-14%, обработанного в УЗКу, с параметрами Ру=20 кг·с/см² с ультразвуком частотой 100-200 кГц. Из акта испытаний следует, что нефтешлам, прошедший указанную обработку, может быть использован как котельное топливо. Представлен протокол КХА промвыбросов, из которого следует, что количество вредных выбросов от сжигания обработанного нефтешлама на несколько порядков ниже, чем от сжигания мазута марки М-100.

Таблица 1 Результаты лабораторных исследований по обработке нефтешлама амбар №1, цех №2
Дата отбора пробы	Наименование пробы	Режим обработки	Режим отстоя	Фазовый состав, %	Примечания
Кратность	Давление, кг/см2	Температура нагрева, °С	Продолжительность нагрева, час	Стадия фильтрации, +/-	Уд. расход деэмульгатора, г/т	Температура отстоя, °С	Продолжительность отстоя, час	Вода	Нефть	Мех-примеси
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
31.03.03	Верхний слой амбара	10	10	100	2	-	Отс.	-	Без отстоя	58,38	36,66	4,96	Однородная смесь
31.03.03	-||-	5	10	100	2	-	-||-	-	Без отстоя	60,95	34,63	4,42	-||-
31.03.03	-||-	3	10	100	2	-	-||-	-	-||-	60,00	34,86	5,14	-||-
31.03.03	-||-	1	10	100	2	-	-	-	-	63,55	31,77	4,74	-||-
02.04.03	-||-	5	1	100	2	-	-	-	12	50,00	46,27	3,73	Отнородная смесь
07.04.03	-||-	5	1,5	100	2	-	-	-	14	47,79	55,67	2,54	-||-

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
14.04.03	-||-	2	9,0	70	2	-	200	-	36	48,94	-	-	Под микроскопом наблюд. увеличениекапель воды; разрыв, слияние
15.04.03	-||-	2	16	110	2	-	1000	-	14	54,3	-	-	Капли воды мелкие, как в исходном нефтешламе
24.04.03	-||-	2	5	100	2	-	150+500	-	24	38,84	-	-	Укрупнение капель
23.04.03		1	6	40	2	+	1500	-	20	37,97	-	-	Под микроскопом видно увеличение частиц воды
25.04.03	-||-	1	8	40	2	+	1500	-	20	38,46	54,42	7,12	-||-

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
09.06.03	-||-	3	6	90	-	+	3000	-	36	1,09	97,47	1,44	Произошло практически полное отделение воды и мех. примесей

Способ переработки нефтешламов для промышленного использования, включающий фильтрацию нагретого нефтешлама, выделение трех фаз нефтепродукта, воды и механических примесей, обработку деэмульгатором и отстаивание, отличающийся тем, что обработку нефтешлама осуществляют ультразвуковым кавитационным устройством, при этом паром нагревают нефтешлам до температуры 60-90°С и с помощью насоса создают давление в ультразвуковом кавитационном устройстве до 6 кгС/см², которое позволяет создавать ультразвук частотой 20-50 кГц, которым производят трехкратную обработку смеси нефтешлама с деэмульгатором в количестве 2000 г на тонну для использования в качестве топлива для котельных агрегатов, а также в количестве 4000 г на тонну для использования в качестве сырья для установки подготовки товарной нефти, кроме этого производят отстой нефтешлама в течение 24 ч для использования его в качестве топлива, где после отстоя образуется нефтешлам с содержанием воды не менее 10%, а после отстоя нефтешлама в течение 48 ч получают нефтепродукт с содержанием воды менее 1% и нефти до 500 мг/л, дополнительно частично обезвоженный нефтешлам с содержанием воды 10% используют как котельное топливо и трехкратно обрабатывают в ультразвуковой кавитационной установке с давлением 20 кгС/см² и частотой 100-200 кГц.