Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ВОДОЭМУЛЬСИОННОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к области нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к технологическим процессам переработки нефтесодержащих отходов (нефтешламов) и может быть использовано для их утилизации с целью получения водоэмульсионного (гидратированного) топлива с содержанием тонкодисперсной угольной фракции.

Известен "Способ обработки обводненного высоковязкого топливного сырья" (авторское свидетельство СССР №117106) путем обработки жидкости в диспергирующих устройствах с добавлением эмульгаторов.

Недостатком указанного способа является необходимость химических добавок и применение дозирующих устройств для введения их в топливо.

Известен способ получения топлива (патент РФ №2256695, опубликованный 20.07.2005) из нефтяных остатков и углеводородного компонента путем подогрева их, очистки от механических примесей, последующего смешивания в турбулентном режиме таким образом, чтобы углеводородный компонент был распределен в объеме нефтяного остатка при факторе однородности не менее 0,5. При этом температура смешивания нефтяного остатка и углеводородного компонента отличаются друг от друга не более чем на 10°C. Продукт смешивания подвергают гомогенизации в роторно-механическом диспергаторе так, чтобы максимальный размер частиц дисперсной фазы не превышал 50 мкм при среднем размере 1-15 мкм с последующим вводом в объем гомогенизированной смеси воды или водосодержащего компонента в турбулентном режиме с распределением их в объеме смеси при факторе однородности не менее 0,5 и при температуре потоков, различающихся друг от друга не более чем на 10°C, гомогенизацией, предпочтительно в роторно-механическом диспергаторе, так, чтобы максимальный размер частиц воды в готовом топливе не превышал 50 мкм при среднем размере 1-15 мкм.

Недостаток этого способа состоит в том, что этот способ неприменим для нефтешламов из-за содержания в них твердой фазы (частиц песка, глины).

Известен способ переработки нефтешламов для промышленного использования (патент РФ 2276658, опубликованный 20.05.2006), включающий 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°C и с помощью насоса создают давление в ультразвуковом кавитационном устройстве до 6 кг/см², которое позволяет создавать ультразвук с частотой 20-50 кГц /время обработки 2,5 ч/, которым производят трехкратную обработку смеси нефтешлама с деэмульгатором в количестве 2000 г/т, для использования в качестве топлива для котельных агрегатов, а также в количестве 4000 г/т для использования в качестве сырья для установки подготовки товарной нефти. При этом производят отстой нефтешлама в течение 24 ч для использования его в качестве топлива, где после отстоя образуется нефтешлам с содержанием воды 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 ультразвуковом кавитационном устройстве с давлением 20 кг/см² и частотой 100-200 кГц /время обработки 3,5 ч/.

Температура обработки 60-90 град, трехкратная обработка, давление 6 кг/см², расход деэмульгатора 2000-4000 г/т, время отстоя 24-48 ч.

Задачей изобретения является получение водоэмульсионного топлива из нефтесодержащих отходов с содержанием тонкодисперсной угольной фракции, равномерным распределением ее и капель воды по объему топливной эмульсии и достижения размеров капель воды и частиц угля не более 5-10 мкм.

Техническим результатом от использования разработанного способа является повышение стабильности эмульсии топлива при хранении за счет равномерного распределения капель воды и частиц угольной фракции по объему топливной эмульсии при размере капель воды и частиц угля не более 5-10 мкм.

Сущность способа заключается в том, что осуществляют подогрев обводненного нефтешлама до температуры 60-95°C, очистку путем фильтрации с помощью вибросита с размером ячеек 1-4 мм, отделением песка в гидроциклоне или путем отстаивания и подачу полученной смеси углеводородов с водой в рабочую емкость. Из рабочей емкости смесь непрерывно подается в виброкавитационный гомогенизатор с вращающимся рабочим ротором и перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором, при этом циркуляция смеси углеводородов с водой через виброкавитационный гомогенизатор составляет не менее трех раз. Одновременно с жидкой смесью во входной патрубок гомогенизатора равномерно подают мелкую фракция угля с размером частиц не более 3 мм. При этом при первом проходе через виброкавитационный гомогенизатор подают угольную фракцию в количестве 5-10% от расхода подаваемой жидкой смеси, при втором проходе добавляют такое же количество угольной фракции и также аналогичное количество угольной фракции подают при третьем проходе через виброкавитационный гомогенизатор.

Таким образом, циркуляция полученной смеси через виброкавитационный гомогенизатор составляет не менее трех раз, а содержание угольной фракции - до 15-30% гидратированного топлива. Высокая скорость вращения ротора создает центробежную силу, которая отбрасывает смесь жидкой и твердой фаз на стенки статора с большим ускорением, не менее 1200 g. При этом происходит первичное дробление твердой фазы на мелкие фракции, менее 0,25 мм в зазоре между ротором и статором, который составляет не более 0,25 мм, обеспечивая формирование пленки жидкости, содержащей угольную пыль, толщина этой пленки не превышает 0,25 мм. В этой пленке и происходит интенсивное дробление смеси жидкой и твердой фазы, которая циркулирует по контуру между виброкавитационным гомогенизатором и емкостью исходной смеси до образования тонкодисперсной эмульсии, с размером частиц воды и угля в пределах 3-5 мкм. Наличие частиц твердой фазы в эмульсии способствует ее устойчивости, так как они препятствуют коагуляции мелких капель воды.

Предложенный способ обработки смеси жидкости с помощью виброкавитационного гомогенизатора с перечисленными выше параметрами работы, позволяет получить стабильные и структурированные тонкодисперсные эмульсии на основе тяжелых топлив и нефтешламов с малым размером капель воды и частиц угольной фракции, равномерно распределенных по объему водоэмульсионного топлива. Кроме того, микроскопический анализ полученных эмульсий показал их высокую однородность по дисперсному составу, т.е. частицы с размером выше 5 мкм составляют не более 8% от общего количества образующихся капель и частиц угля, находящихся в составе эмульсии. Полученные таким способом эмульсии топлива имеют высокую стабильность и устойчивы от расслоения не менее пяти месяцев даже при значительном содержании воды - до 30% и угля - до 30%.

Разработанный способ переработки жидких нефтесодержащих отходов, а именно жидких нефтешламов с мелкодисперсной угольной фракцией, в водоэмульсионное гидратированное топливо поясняется примерами.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Пример 1

В качестве нефтесодержащего отхода - НСО использовали обводненный нефтешлам, взятый из карты №2, куст 56 Южно-Сургутского месторождения, поверхностный слой. Нефтешлам (вязкость кинематическая по ГОСТ 33-2000 составляет 64 сСт, содержание нефтепродуктов 82,7% (масс.), воды 9,2% (масс.), механические примеси 8,1% (масс.) нагревают до 65°C, подвергают очистке через сетку с ячейками размером 1 мм и гидроциклон и добавляют воду, чтобы ее концентрация составляла 30% (масс.) от общей массы полученной смеси. Затем эту смесь углеводородов с водой в количестве 6000 кг направляют в рабочую емкость и далее подают с расходом 6000 кг в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора, создающего центробежное ускорение 1600 g, и зазоре между ротором и статором, который составляет 0,25 мм. Толщина пленки, в которой происходит диспергирование в указанном зазоре, составит 0,25 мм. При этом в трубопровод, подающий смесь углеводородов с водой в гомогенизатор, вводят мелкую угольную фракцию с размером частиц в пределах 1,5-2,5 мм в количестве до 30% от количества подаваемой жидкой смеси. Процесс эмульгирования осуществляют в три прохода. При первом проходе угольную фракцию вводят в количестве - 10% от расхода подаваемой жидкой смеси, т.е. - 600 кг/ч. При втором проходе добавляют такое же количество, т.е. еще 600 кг/ч. Аналогичное количество подают и при третьем проходе смеси через виброкавитационный гомогенизатор. Таким образом, общее количество угольной фракции, введенной в жидкую смесь за три прохода, составляет 1800 кг. После каждого прохода контролируется размер капель воды и угольных частиц. После первого прохода максимальный размер капель 15 мкм, а после второго и третьего - 3-5 мкм. После четырех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 10 мкм, что позволяет получить стабильную топливную эмульсию и использовать полученное топливо как котельное.

Пример 2

В качестве нефтесодержащего отхода - НСО - использовали обводненный нефтешлам, взятый из карты №2, куст 56 Южно-Сургутского месторождения, поверхностный слой. Нефтешлам (вязкость кинематическая по ГОСТ 33-2000 составляет 64 сСт, содержание нефтепродуктов 82,7% (масс.), воды 9,2% (масс.), механические примеси 8,1% (масс.) нагревают до 65°C, подвергают очистке через сетку с ячейками размером 1 мм и гидроциклон и добавляют воду, чтобы ее концентрация составляла 30% (масс.) от общей массы полученной смеси. Затем эту смесь углеводородов с водой в количестве 6000 кг направляют в рабочую емкость и далее подают с расходом 6000 кг в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора, создающего центробежное ускорение 1200 g, и зазоре между ротором и статором, который составляет 0,25 мм. Толщина пленки, в которой происходит диспергирование в указанном зазоре, составит 0,25 мм. При этом в трубопровод, подающий смесь углеводородов с водой в гомогенизатор, вводят мелкую угольную фракцию с размером частиц в пределах 1,5-2,5 мм в количестве до 15% от количества подаваемой жидкой смеси. Процесс эмульгирования осуществляют в три прохода. При первом проходе угольную фракцию вводят в количестве 5% от расхода подаваемой жидкой смеси, т.е. 300 кг/ч. При втором проходе добавляют такое же количество, т.е. еще 300 кг/ч. Аналогичное количество подают и при третьем проходе смеси через виброкавитационный гомогенизатор. Таким образом, общее количество угольной фракции, введенной в жидкую смесь за три прохода, составляет 900 кг. После каждого прохода контролируется размер капель воды и угольных частиц. После первого прохода максимальный размер капель 15 мкм, а после второго и третьего - 3-5 мкм. После четырех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 10 мкм, что позволяет получить стабильную топливную эмульсию и использовать полученное топливо как котельное.

Пример 3

В качестве НСО использовали обводненный нефтешлам, взятый из шламонакопителя №4 ОАО «Самаранефтегаз», поверхностный слой. Нефтешлам (вязкость кинематическая 44 сСт, содержание нефтепродуктов 89,7% (масс.) содержание воды 10,3%, (масс.)). Аналогично примеру 1 осуществляют нагрев и очистку обводненного нефтешлама, полученную смесь углеводородов с водой в количестве 3000 кг направляют в рабочую емкость и далее подают с расходом 3000 кг в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора, создающего центробежное ускорение 1100 g. При этом в трубопровод, подающий эту смесь в гомогенизатор, дозируют мелкую угольную фракцию с размером частиц 2,5-3 мм в количестве 30% от количества подаваемой жидкой смеси, т.е. 900 кг. Процесс эмульгирования осуществляют в три прохода, в первом проходе подают 500 кг в час угля, во втором и третьем - по 200 кг в час. После каждого прохода контролируется размер капель воды и угольных частиц. Отмечено, что при первом проходе производительность виброкавитационного гомогенизатора снизилась на 10-15% из-за высокой вязкости смеси и наличия значительного количества твердой фазы в потоке. После первого прохода максимальный размер капель 18 мкм, а после второго и третьего - 10-12 мкм.

После четырех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 15 мкм.

Это связано с тем, что угольная фракция подавалась неравномерно и при первом проходе подали 500/900=55,6%, т.е. большую часть и, следовательно, это сказалось на качестве дробления. Поэтому дисперсный состав капель получился более грубый, эмульсия топлива недостаточно стабильна.

Пример 4

В качестве НСО использовали обводненный нефтешлам, взятый из шламонакопителя №7 ОАО «Самаранефтегаз», поверхностный слой. Нефтешлам (вязкость кинематическая 95 сСт, содержание воды 8%). В нефтешлам вводят 20% воды (ГОСТ 2874-82), аналогично примеру 1 направляют в рабочую емкость 5000 кг и далее подают с расходом 5000 кг в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора, создающего центробежное ускорение 1200 g. Зазор между ротором и статором составляет 0,25 мм. Толщина пленки, в которой происходит диспергирование в указанном зазоре, составит 0,25 мм. При этом в трубопровод, подающий эту смесь в гомогенизатор, подают мелкую угольную фракцию с размером частиц 1,5-2,5 мм в количестве 30% от количества подаваемой жидкой смеси, т.е. 1500 кг. Процесс эмульгирования осуществляют в три прохода, подавая в каждом проходе угольную фракцию с расходом по 500 кг в час. После каждого прохода контролируется размер капель воды и угольных частиц. После первого прохода максимальный размер капель 10 мкм, а после второго и третьего - 3-5 мкм.

После четырех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 10 мкм, что характеризует получение стабильной топливной эмульсии.

Пример 5

В качестве НСО использовали обводненный нефтешлам, взятый из прудов дополнительного отстоя ОАО «Самаранефтегаз», поверхностный слой. Нефтешлам (вязкость кинематическая 95 сСт, содержание воды 18%). В нефтешлам вводят 12% воды (ГОСТ 2874-82) аналогично примеру 1, направляют в рабочую емкость в количестве 5000 кг и далее подают с расходом 5000 кг в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора, создающего центробежное ускорение 1200 g. Толщина пленки, в которой происходит диспергирование в указанном зазоре, составит 0,25 мм При этом в трубопровод, подающий эту смесь в виброкавитационный гомогенизатор, подают мелкую угольную фракцию с размером частиц 2-3 мм в количестве 30% от расхода подаваемой жидкой смеси, т.е. 1500 кг. Процесс эмульгирования осуществляют в три прохода. В первом и во втором проходе подается угольная фракция с расходом 300 кг в час и контролируется размер капель воды и угольных частиц. После первого прохода максимальный размер капель 18 мкм, а после второго - 10 мкм. В третьем проходе угольная фракция подается с расходом 900 кг в час, а максимальный размер капель 3-5 мкм. После четырех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 12 мкм.

Таким образом, приведенные примеры подтверждают получение стабильной топливной эмульсии, содержащей угольную фракцию, которая может быть использована в качестве котельного топлива, при работе с которым (содержание воды до 30% и угольной фракции до 30%) позволяет получить существенную экономию жидкого топлива.

Пример 6

В качестве НСО использовали обводненный нефтешлам, взятый из шламонакопителя №2 ОАО «Самаранефтегаз». Нефтешлам (вязкость кинематическая по ГОСТ 33-2000 составляет 160 сСт, содержание воды 30% масс.) нагревают до 90°C, фильтруют через сетку с ячейками размером 1 мм и далее пропускают через гидроциклон, после чего смесь углеводородов направляют в рабочую емкость в количестве 4500 кг и далее подают с расходом 4000 кг в час в виброкавитационный гомогенизатор при скорости вращения ротора, создающего центробежное ускорение 1600 g. При этом в трубопровод, подающий эту смесь в гомогенизатор, подают мелкую угольную фракцию с размером частиц 2-3 мм в количестве 40%, т.е. 1800 кг. Процесс эмульгирования осуществляют в три прохода, в каждом проходе подают по 600 кг в час угля и контролируют размер капель воды и угольных частиц. После первого прохода максимальный размер капель 15 мкм, а после второго и третьего - 5-10 мкм. После четырех месяцев хранения максимальный размер капель не превышает 10 мкм, но после двух часов хранения около 10% угольной фракции выпало в осадок.

Таким образом, увеличение количества угольной фракции приведет к снижению стабильности эмульсии.

Приведенные примеры подтверждают получение стабильной эмульсии, содержащей угольную фракцию, которая может быть использована в качестве котельного топлива, работа с которым (содержание воды до 30% и угольной фракции до 30%) позволяет получить существенную экономию жидкого топлива.