Способ комплексной утилизации нефтесодержащих отходов случайного состава и установка для его осуществления
Владельцы патента RU 2505581:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности. Способ комплексной утилизации нефтесодержащих отходов случайного состава с получением энергоносителей широкого ассортимента включает низкотемпературный пиролиз с источником обогрева, перед пиролизом нефтесодержащие отходы случайного состава сортируют при накоплении, механически смешивают в установленном соотношении и термически гомогенизируют с выпариванием влаги топочными газами при температуре 100-130°С, в процессе пиролиза пиролизный газ направляют в блок конденсации для отделения легких фракций углеводородов от тяжелых, при этом легкие фракции направляются на ректификационную колонну с получением бензина, керосина и дизельного топлива, тяжелые фракции с кубовым остатком из блока конденсации подаются в блок для предварительного активирования методом окислительного крекинга в диапазоне температур 250-350°С продувкой воздухом в соотношении 1:(300-500), после окислительного крекинга активированные тяжелые фракции направляют на каталитический крекинг для дополнительного получения бензина, керосина и дизельного топлива, а также мазута, битума и гудрона, после пиролиза твердый продукт пиролиза перемещают в генератор водяного газа, отходящие горючие газы из конденсационной колонны направляют в генератор водяного газа, при этом отходящие горючие газы обогащают перегретым паром и в среде твердого продукта пиролиза переводят в газообразный энергоноситель - водяной газ. Заявлена также установка для реализации способа. Технический результат - повышение энергоэффективности комплексной утилизации нефтесодержащих отходов (НСО) случайного состава с дополнительным получением энергоносителей широкого ассортимента, строительных материалов. 2 н.п. ф-лы,1 ил.,1 табл.
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для дополнительного извлечения моторных и топливных энергоносителей, а также строительных нефтепродуктов при комплексной утилизации нефтесодержащих отходов случайного состава и консистенции, представленных жидкими, вязкими и пластичными нефтяными фракциями с мехпримесями и водой.
По происхождению эти отходы могут представлять нетехнологичные остатки от нефтепереработки, очистки резервуаров, нефтегазо- и конденсатопроводов, аварийных разливов, а также нефтезагрязненные грунты, буровые шламы и продукты испытаний нефтегазодобывающих скважин.
При поступлении этих отходов в общий утилизационный сборник их консистенция и долевой состав при смешении оказываются случайными и неподходящими для комплексной утилизации с использованием ректификации и крекинга жидких углеводородов.
Известен способ и установка для извлечения легких (бензин, керосин, дизтопливо) и тяжелых (мазут, битум, гудрон) нефтепродуктов из жидких углеводородов (например, нефть, газовый конденсат) методом ректификации с использованием одной или нескольких ректификационных колонн, основанный на многократной дистилляции с отбором фракции постоянного состава при температуре их кипения, при этом выход наиболее ценных легких бензиновых фракций не превышает 18-26%, а выход менее ценных тяжелых продуктов достигает 40…60% (И.Б.Подвинцев. Нефтепереработка. Практический вводный курс. - Долгопрудный: Изд. дом «Интеллект», 2011. - с.31-35).
Недостатки известного решения заключаются в том, что он предназначен для дистилляции жидких углеводородов однородного состава с индивидуальным температурным диапазоном разделения фракций и характеризуется негативной возможностью коксования легких фракций при значительном перепаде температур в процессе ректификации, низкой эффективностью дистилляции тяжелых фракций и выхода светлых энергоносителей.
Известен способ перевода малоценных тяжелых продуктов ректификации нефти в ценные моторные энергоносители с помощью каталитического крекинга, осуществляемого при температуре 450…530° и давлением до 0,3 МПа в присутствии алюмосиликатных катализаторов. При этом выход бензиновой фракции на современных установках достигает 55% в расчете на сырье (тот же источник: с.57-59).
Недостаток известного способа заключается в отсутствии возможности использования его по прямому назначению для утилизации нефтесодержащих отходов случайного состава в силу предназначенности для расщепления однородных углеводородных систем с индивидуальным температурным диапазоном разделения фракций.
Известен способ пиролиза для разложения органических соединений под действием высоких температур без доступа кислорода. Пиролиз осуществляют в герметичных емкостях (ретортах), загружаемых любым типом органического сырья (нефтепродукты, древесина, торф, природные угли и т.п.) однородного или смешанного состава независимо от его консистенции (твердые, жидкие, вязкопластичные). Продуктами термического разложения органического сырья является нетоварный твердый остаток - пирокарбон (технический углерод) и пиролизный газ, сбрасываемый в дымовую трубу в виде Н2+CO2 (Пиролиз - ВИКИпедия: ru.wikipedia.org/wiki/; ХиМик.ru - Пиролиз - Химическая энциклопедия).
Недостатками известного способа является его низкая энергоэффективность, потребность в дополнительных затратах на ее повышение, потеря энергоресурса пиролизного газа.
Известен способ и установка для получения электрической энергии, при этом в качестве энергоносителя для выработки электроэнергии используют водяной газ, который получают из герметичных роторт в результате пиролиза углеводородного сырья ступенчатым повышением температуры от 150-220°С до 850-1000°С, при этом в результате попеременно падают перегретый пар или воздух (кислород) и получают водяной газ, состоящий из угарного газа СО, водорода H2, углекислого газа СО2 и азота N2, охлаждают до температуры не выше 50°С и подают в качестве моторного топлива на дизель-генератор для производства электроэнергии (Патент RU 2414647 F23K 1/100, С10В 1/04/. Опубл. 20.03.2011 «Способ и установка для получения электрической энергии»).
Недостатком известного решения является невозможность применения его для получения жидких энергоносителей.
Таким образом, в результате поиска по технической и патентной литературе нами не выявлен прототип предлагаемого способа комплексной утилизации нефтесодержащих отходов случайного состава.
Известна установка для переработки углеводородного сырья термическим способом с получением продуктов пиролиза, используемых в качестве жидких энергоносителей и при производстве резинотехнических изделий и сорбентов. Установка содержит оборудованный источником обогрева реактор для пиролиза, систему отвода продуктов пиролиза, систему изменения качественных показателей продуктов пиролиза, систему разделения парогазообразных продуктов пиролиза в виде последовательно установленных ректификационной колонны и теплообменника на бензин, керосин, дизтопливо и горючий газ. При этом система разделения - ректификационная колонна и теплообменник - настраиваются на дистилляцию пиролизного газа определенного качества, что обеспечивается условием использования однотипного по составу перерабатываемого сырья, в частности изношенных автомобильных шин (Патент RU 2348676. МПК C10G 1/10, С10В 47/10. Опубл. 10.03.2009. Установка для переработки углеводородного сырья).
Недостатки известного решения заключаются в низкой эффективности выхода бензиновой фракции (22,5%), значительных потерях светлых продуктов в остатке (48%), отсутствии системы разгонки кубового остатка на светлые фракции, потребности в перенастройке или замене системы разделения при переходе с однотипного по составу сырья на любой другой случайный состав.
По своей технической сущности последнее изобретение может служить прототипом предлагаемого устройства.
Задачей изобретения является повышение энергоэффективности комплексной утилизации нефтесодержащих отходов случайного состава за счет использования низкотемпературного пиролиза, ректификационной разгонки и каталитического расщепления углеводородов.
Поставленная задача решается описываемым способом и установкой для комплексной утилизации нефтесодержащих отходов случайного состава с получением энергоносителей широкого ассортимента.
Способ заключается в превращении нефтесодержащих отходов случайного состава в ценные энергоносители, используемые в промышленности и быту для обеспечения комфортной жизнедеятельности человека. Способ включает низкотемпературный пиролиз с источником обогрева, разделение продуктов пиролиза на твердые и жидкие, ректификацию, крекинг и производство водяного газа, перед пиролизом нефтесодержащие отходы случайного состава сортируют при накоплении, механически смешивают в установленном соотношении, термически гомогенизируют с выпариванием влаги топочными газами при температуре 100-130°С, а после пиролиза его твердый продукт - пирокарбонат перемещают в генератор водяного газа, жидкий продукт конденсации пиролизного газа превращают в конечные энергоносители, причем легкие фракции разгоняют ректификацией, тяжелые фракции расщепляют каталитическим крекингом с предварительной активацией качественных показателей в диапазоне температур 250-350°С кислородом воздуха в соотношении 1:(300-500), отходящие горючие газы обогащают перегретым паром и в среде твердого продукта пиролиза переводят в газообразный энергоноситель-водяной газ.
Исследования патентной и научно-технической литературы показали, что подобная совокупность существенных признаков является новой и ранее не использовалась, что позволяет сделать заключение о соответствии технического решения критерию «новизна».
На чертеже изображена установка для осуществления предлагаемого способа.
Установка состоит из сортировочного блока 1 кассетного типа с дозаторами подачи, блока механического перемешивания 2 случайных отходов, термического гомогенизатора 3, пиролизного реактора 4, источника нагрева - топки 5, конденсационной колонны 6, ректификационной колонны 7, активатора тяжелых фракций 8, каталитического крекинга 9, теплообменников 10, генератора водяного газа 11, генератора пара 12.
Установка работает следующим образом.
Поступающие случайные отходы сортируются по видам и размещаются по разделенным кассетам сортировочного блока 1. Каждая кассета снабжена механическим дозатором для подачи заданной массы отходов в блок механического смешения 2, где случайные нефтесодержащие отходы перемешиваются в установленном соотношении до получения однородной массы. Соотношение смеси разных видов случайных отходов устанавливается исходя из сложившейся динамики их поступления в сортировочный блок. Например, устанавливается, что в кассетные сборники сортировочного блока поступают отходы 3-х разных видов в равных массовых количествах, и в этом случае для установленного ассортимента соотношение накапливаемых отходов составит 1:1:1. Механическую смесь установленного состава из блока 2, после предварительного сброса свободной воды, подают с помощью шнека в термический гомогенизатор 3, представляющий собой подогреваемую топочными газами реторту с загрузочным устройством для исходной механической смеси. В реторте при температуре 100-130°С эту смесь выпаривают и превращают в жидкий гомогенизированный продукт постоянного состава, который подается в пиролизный реактор 4, снабженный топочным источником нагрева 5. В процессе пиролиза парогазообразный его продукт - пиролизный газ по трубопроводам направляется в конденсационную колону 6 для отделения легких фракций углеводородов от тяжелых, при этом легкие фракции направляют на ректификационную колону 7 с получением конечных светлых нефтепродуктов - бензина, керосина, дизельного топлива, а кубовый остаток и тяжелые фракции из блока конденсации 6 подают в блок 8 для предварительного активирования их качественных характеристик методом окислительного крекинга при температуре 250-350°С с продувкой воздухом в соотношении 1:(300-500). Как показали эксперименты, выполненные сотрудниками РГУНГ им. И.М.Губкина по просьбе авторов, предварительная активация парафиносодержащего тяжелого остатка (ПТО) нефти после зачистки трубопровода ОАО «Северные магистральные трубопроводы» (ОАО «СМН») методом окислительного крекинга в диапазоне температур 250-350°С увеличивает выход легких фракций на 40% масс. (таблица).
Таблица. Результаты разложения ПТО* ОАО «СМН» методом окислительного крекинга.
Результаты разложения ПТО методом окислительного крекинга
| № образца | Вес образца, г | Газ | Диапазон температур, °С | Выход легких фракций, % масс. | Примечание |
| 1 | 5 | метан | 450-500 | - | выброс парафина |
| 2 | 4 | метан | 250-450 | 24 | - |
| 3 | 8 | метан | 450-700 | - | выброс парафина |
| 4 | 5 | метан | 420-470 | 30 | - |
| 5 | 5 | воздух | 250-350 | 40 | пек отсутствует |
| 410-415 | 20 | ||||
| 6 | 8 | пропан | 300-315 | 25 | - |
| 360-450 | 12 | ||||
| 7 | 8 | пропан | 350-450 | 40 | - |
| *состав, % масс.: асфальтены - 0,65; смолы силикагелевые - 7,58; парафины 40,35; масла - 51,42. |
После окислительного крекинга активированные тяжелые фракции АТФ направляются на каталитический крекинг 9 для дополнительного получения светлых продуктов - бензина керосина, дизтоплива, а так же мазута и остаточных строительных материалов - битума и гудрона. Отходящие горючие газы из конденсационной колонны 6 направляют в генератор водяного газа 11, предварительно обогащая перегретым паром из парогенератора 12. Для этой цели парогенератор 12 соединен трубопроводом с генератором водяного газа 11, причем трубопровод используют попутно для предварительного подогрева исходных продуктов ректификации и каталитического крекинга в теплообменниках 10. Смесь отходящих горючих газов с перегретым паром пропускают через слой пирокарбоната, размещенного в генераторе 11, и получают на выходе газообразный энергоноситель - водяной газ.
Водяной газ используется для поддержания топочного горения в источнике нагрева 5, для выработки пара в парогенераторе 12 и в качестве газомоторного топлива.
Применение изобретения позволит комплексно утилизировать нефтесодержащие отходы случайного состава, превратив их в дополнительные энергоносители и строительные материалы, не причиняя вреда окружающей среде и высвобождая используемые для хранения нефтепроводов производственные площади. Остаточные механические примеси с минимальным содержанием углеводородов (5-7%) используют для дорожного покрытия. Таким образом, предлагаемый способ является безотходным.
На чертеже даны следующие обозначения.
| 1. Сортировочный кассетный сборник (СКС) | ТГ - топочный газ |
| 2. Блок механического перемешивания (БМП) | ПГ - пиролизный газ |
| 3. Термический гомогенизатор(ТГГ) | ПК (ТУ) - пирокарбонат (техуглерод) |
| 4. Пиролизный реактор (ПР) | ТФ - тяжелые фракции |
| 5. Источник нагрева (топка) (ИН) | ЛФ - легкие фракции |
| 6. Колонна для конденсации пирогаза (КПГ) | ОГГ - отходящие горючие газа |
| 7. Ректификационная колонна (РК) | КО - кубовый остаток |
| 8. Активатор тяжелых фракций (АТФ) | Б - бензин |
| 9. Каталитический крекинг (КК) | К - керосин |
| 10. Теплообменник (ТО) | Д - дизтопливо |
| 11. Генератор водяного газа (ГВГ) | М - мазут |
| 12. Генератор пара (ГП) | ГМТ - газомоторное топливо |
1. Способ комплексной утилизации нефтесодержащих отходов случайного состава с получением энергоносителей широкого ассортимента, включающий низкотемпературный пиролиз с источником обогрева, перед пиролизом нефтесодержащие отходы случайного состава сортируют при накоплении, механически смешивают в установленном соотношении и термически гомогенизируют с выпариванием влаги топочными газами при температуре 100-130°С, в процессе пиролиза пиролизный газ направляют в блок конденсации для отделения легких фракций углеводородов от тяжелых, при этом легкие фракции направляются на ректификационную колонну с получением бензина, керосина и дизельного топлива, тяжелые фракции с кубовым остатком из блока конденсации подаются в блок для предварительного активирования методом окислительного крекинга в диапазоне температур 250-350°С продувкой воздухом в соотношении 1:(300-500), после окислительного крекинга активированные тяжелые фракции направляют на каталитический крекинг для дополнительного получения бензина, керосина и дизельного топлива, а также мазута, битума и гудрона, после пиролиза твердый продукт пиролиза перемещают в генератор водяного газа, отходящие горючие газы из конденсационной колонны направляют в генератор водяного газа, при этом отходящие горючие газы обогащают перегретым паром и в среде твердого продукта пиролиза переводят в газообразный энергоноситель - водяной газ.
2. Установка для комплексной утилизации нефтесодержащих отходов случайного состава с получением энергоносителей широкого ассортимента, включающая пиролизный реактор с источником нагрева, пиролизный реактор оснащен дополнительно сортировочным кассетным сборником, блоком механического перемешивания и термическим гомогенизатором, соединенными между собой последовательно механизмом дозированной подачи отходов, шнековым механизмом загрузки и трубопроводом налива гомогенизированной жидкости в пиролизный реактор, при этом топка источника нагрева соединена трубопроводом топочного газа с термическим гомогенизатором, пиролизный газ из пиролизного реактора направляют в колонну конденсации пиролизного газа, колонна соединена трубопроводами с блоком активирования тяжелых фракций, теплообменником, устройством каталитического крекинга, с теплообменником и ректификационной колонной, а также с генератором водяного газа, тяжелые фракции из блока активирования тяжелых фракций направляют в блок каталитического крекинга, генератор водяного газа соединен трубопроводом с парогенератором, причем парогенератор подключен к генератору водяного газа паропроводом последовательно через теплообменники для подогрева исходных продуктов ректификации и каталитического крекинга.
