Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
WASTE OIL PROCESSING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/152768
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to techniques for processing waste oil and can be used in the petrochemical industry for producing, from hydrocarbon raw material waste, and in the energy industry, for producing liquid and gaseous fuels from waste. A waste oil processing method includes feeding waste into a reactor which is heated by high-temperature flue gases. The high-temperature flue gases are obtained by co-incinerating combustible gases, liquid hydrocarbons and water, wherein water vapor is fed into the reactor in a mixture with the high-temperature flue gases at a mass ratio of 1:(0.1-0.5). In a heat exchanger, the combustible gases, liquid hydrocarbons and water vapor are cooled to a temperature of 20-100°С by means of heat exchange with a coolant which is subsequently used for drying initial waste. The liquid hydrocarbons are separated from the water in portions and a mass ratio of liquid hydrocarbons to water in the mixture is established within the limits of 1:(0.1-4.0), after which the mixture is subjected to cavitation by applying ultrasound having a frequency in the range of 20-200 kHz and a fluctuation intensity of 1.0-5.0 W/cm2. The invention allows for decreasing energy consumption, increasing the quantitative yield and quality of the products of the waste processing, and also for reducing harmful emissions into the environment.

Inventors:
SUSEKOV EVGENY SERGEEVICH (RU)
GRADOV ALEKSEI SERGEEVICH (RU)
Application Number:
RU2015/000186
Publication Date:
October 08, 2015
Filing Date:
March 27, 2015
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OBSCHESTVO S OGRANICHENNOY OTVETSTVENNOSTIU NP OB INNOVATEKH (RU)
SUSEKOV EVGENY SERGEEVICH (RU)
GRADOV ALEKSEI SERGEEVICH (RU)
International Classes:
C10G9/00; C10G99/00; F23G5/027
Domestic Patent References:
WO1998008923A11998-03-05
Foreign References:
SU917493A11985-06-15
EA003083B12002-12-26
SU427978A11974-05-15
Attorney, Agent or Firm:
SAVIKOVSKAYA, Elena Vasilievna (RU)
САВИКОВСКАЯ, Елена Васильевна (RU)
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1.Способ переработки нефтяных отходов, включающий подачу отходов в реактор, обогрев реактора высокотемпературными дымовыми газами, подачу перегретого водяного пара в реактор, отделение горючего газа от жидких углеводородов и пара путем охлаждения в теплообменнике, разделение жидких углеводородов и воды, использование горючего газа и жидких углеводородов для производства высокотемпературных дымовых газов, вывод из реактора твердого остатка, отличающийся тем, что производство высокотемпературных дымовых газов осуществляют путем совместного сжигания горючих газов, жидких углеводородов и воды, при этом подачу водяного пара в реактор осуществляют в смеси с высокотемпературными дымовыми газами при массовом соотношении 1 : (0,1 0,5), в теплообменнике горючие газы, жидкие углеводороды и водяной пар охлаждают до температуры 20 100°С путем теплообмена с теплоносителем, который далее используют для сушки исходных отходов, причем жидкие углеводороды отделяют от воды частично и устанавливают массовое соотношение жидких углеводородов и воды в смеси в пределах 1 : (0,1 4,0).

2. Способ переработки нефтяных отходов по п.1, отличающийся тем, что твердый остаток выводят из реактора при температуре 400 600°С и подают в газогенератор, в котором получают генераторный газ, сжигают данный газ, а продукты сгорания используют для обогрева реактора.

3. Способ переработки нефтяных отходов по п.1 ,2, отличающийся тем, что смесь воды и жидких углеводородов подвергают кавитационному воздействию путем наложения ультразвука с частотой в пределах 20 200 кГц и интенсивностью колебаний 1,0 5,0 Вт/см .

Description:
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ ОТХОДОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к технологии переработки нефтяных отходов и может быть применено в нефтедобывающей и нефтехимической промышленности для получения из отходов углеводородного сырья, а также в энергетике для получения жидких и газообразных топлив из отходов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ переработки донных отложений нефтешламовых отходов, который включает плазмохимическую обработку донных отложений в присутствии водорода, предварительно нагретого до температуры 3000 4000°С, с получением непредельных углеводородов С 2 - С 4 , причем перед плазмохимической обработкой донные отложения нефтешламовых амбаров разбавляют сырой нефтью в массовом соотношении 1 : 0,25 и подогревают до температуры 90 - 95°С (RU, патент N° 2201407, кл. C02F1 1/18, 2003г.).

Недостатками данного способа являются:

1. Высокие затраты энергии на процесс переработки отходов, обусловленные необходимостью нагрева водорода до высокой температуры (3000 4000°С);

2. Большие затраты ценного углеводородного сырья (нефти) для разбавления отходов в соотношении на 1 кг отходов 0,25 кг сырой нефти;

3. Значительные выбросы вредных веществ в окружающую среду, которые образуются в процессе плазмохимической обработки отходов.

Известен способ переработки смешанных нефтяных отходов и установка для его осуществления, который включает обезвоживание исходного сырья вибрационно- кавитационными колебаниями, его дальнейшую дистилляцию при нагревании головной фракции до температуры 35 + 180°С при атмосферном давлении и вакуумную дистилляцию при температуре 180 320°С с отбором печного и котельного топлива, конденсацию парообразных продуктов, разделение конденсата (ЕА, патент 003083, кл. C 10G33/06, 2002г.).

К недостаткам данного способа относятся:

1. Высокие затраты энергии, связанные с вибрационно-кавитационным обезвоживанием отходов, а также необходимостью создания и поддержания вакуума для обеспечения дистилляции при одновременном нагреве до 180 320°С. 2. Образование сточных вод в процессе обезвоживания нефтяных отходов, которые необходимо утилизировать, чтобы предотвратить сброс загрязненной воды в окружающую среду.

Известен способ переработки отработанных нефтепродуктов и установка для его осуществления, который включает термический крекинг исходного сырья в крекинг- котле с отделением парообразных продуктов от тяжелой фракции, конденсацию парообразных продуктов, разделение конденсата на легко - и высококипящую фракции (R.U, патент N° 2161176, кл.С101Л/04, 2000 г.).

Недостатками данного способа являются:

1. Потери ценного сырья из-за термического разложения отходов в процессе крекинга.

2. Высокие затраты энергии, связанные с процессом отпаривания выделенных из отходов сточных вод.

3. Выбросы вредных веществ, которые образуются при крекинге отходов, в окружающую среду.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ переработки отходов, включающий подачу отходов в реактор, обогрев реактора высокотемпературными дымовыми газами, подачу перегретого водяного пара в реактор, отделение горючего газа от жидких углеводородов и пара путем охлаждения в теплообменнике, разделение жидких углеводородов и воды, использование горючего газа и жидких углеводородов для производства высокотемпературных дымовых газов, вывод из реактора твердого остатка (US, патент N° 2007231073, кл. В09С1/02 ,2007 г.).

Недостатками известного способа являются:

1. Большие затраты энергии на процесс переработки отходов, связанные с процессом испарения воды из твердого остатка, который продвигается по камерам (первой и второй) через водяные затворы и шлюзы и вначале увлажняется (поглощает воду), а затем высушивается в результате нагрева в камерах.

2. Потеря части ценного сырья (жидких углеводородов), которое в качестве жидкого топлива сжигается в горелке для производства высокотемпературных дымовых газов, так как полученных горючих газов недостаточно для энергетического обеспечения процесса переработки из-за больших затрат энергии на проведение процесса.

3. Высокие выбросы продуктов сгорания (дымовых газов) в окружающую среду, которые образуются при сжигании горючих газов и жидкого топлива для обеспечения тепловой энергией процесса переработки, а также большие выбросы в окружающую среду загрязненной воды из скруббера, которая образуется при охлаждении большого количества дымовых газов в нем.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в уменьшении энергетических затрат на переработку нефтяных отходов, повышение количественного выхода и качества продуктов переработки отходов и снижение вредных выбросов в окружающую среду.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки нефтяных отходов, включающем подачу отходов в реактор, обогрев реактора высокотемпературными дымовыми газами, подачу перегретого водяного пара в реактор, отделение горючего газа от жидких углеводородов и пара путем охлаждения в теплообменнике, разделение жидких углеводородов и воды, использование горючего газа и жидких углеводородов для производства высокотемпературных дымовых газов, вывод из реактора твердого остатка, согласно изобретению, производство высокотемпературных дымовых газов осуществляют путем совместного сжигания горючих газов, жидких углеводородов и воды, при этом подачу водяного пара в реактор осуществляют в смеси с высокотемпературными дымовыми газами при массовом соотношении 1 : (0,1 0,5), в теплообменнике горючие газы, жидкие углеводороды и водяной пар охлаждают до температуры 20 100°С путем теплообмена с теплоносителем, который далее используют для сушки исходных отходов, причем жидкие углеводороды отделяют от воды частично и устанавливают массовое соотношение жидких углеводородов и воды в смеси в пределах 1 : (0,1 0,4).

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что твердый остаток выводят из реактора при температуре 400 600°С и подают в газогенератор, в котором получают генераторный газ, сжигают данный газ, продукты сгорания используют для обогрева реактора, а смесь воды и жидких углеводородов подвергают кавитационному воздействию путем наложения ультразвука с частотой в пределах 20 + 200 кГц и интенсивностью колебаний 1,0 - 5,0 Вт/ см 2 .

При отделении горючих газов от жидких углеводородов и пара в теплообменнике образуется смесь воды в результате конденсации водяного пара и жидких углеводородов, а также в результате конденсации газообразных углеводородов. Для термической обработки воды, которая содержит растворенные углеводороды, используется совместное сжигание горючих газов, жидких углеводородов и воды, в результате чего происходит образование высокотемпературных дымовых газов, тепловая энергия которых используется для обогрева реактора и производства рабочего водяного пара. При этом высокотемпературные дымовые газы не содержат углеводородов, а содержат продукты сгорания горючих газов, жидких углеводородов и водяной пар. Таким образом, предотвращается выброс загрязненной воды в окружающую среду. Полученные дымовые газы содержат повышенное количество (в сравнении с дымовыми газами, которые образуются при сжигании только горючих газов и жидких углеводородов) водяного пара за счет испарения воды, что обеспечивает рост интенсивности теплообмена таких высокотемпературных газов при их использовании в качестве теплоносителя (обогрева реактора и производства рабочего водяного пара), так как теплоемкость водяного пара примерно в 2 раза выше теплоемкости дымовых газов без пара. Это позволяет также уменьшить расход теплоносителя и снизить время разогрева реактора за счет более интенсивного теплообмена.

Подача водяного пара в реактор в смеси с высокотемпературными дымовыми газами при массовом соотношении 1 : (0,1 0,5) позволяет снизить расход рабочего водяного пара, а также предотвратить попадание воздуха из окружающей среды в реактор, что может привести к образованию взрывоопасной смеси (смесь воздуха с газообразными углеводородами может взорваться в реакторе).

Использование смеси при массовом содержании пара и дымовых газов менее 1 : 0,1 приведет к повышенному расходу водяного пара, в результате чего в конденсаторе будет образовываться большое количество воды и для термической обработки этой воды потребуется значительно увеличить расход сжигаемых жидких углеводородов, в результате чего резко снизится количество получаемых жидких углеводородов, т.е. повысится расход энергии на процесс переработки и снизится энергоэффективность самого процесса.

Использование смеси при массовом содержании пара и дымовых газов более 1 : 0,5 в качестве теплоносителя приведет к резкому росту температуры в реакторе. Дымовые газы имеют высокую температуру, а водяной пар более низкую, а их смесь будет иметь высокую температуру, что приведет при подаче такой смеси в реактор к нарушению процесса выделения углеводородов из отходов из-за коксования, т.е. в отходах вместе с минеральной частью в этом случае будет оставаться большое количество кокса, и поэтому снизится выход жидких углеводородов, а также будут нарушаться их качественные показатели, из-за того, что некоторая часть углеводородов при высокой температуре в реакторе будет подвергаться термолизу (разложению) с образованием не только кокса, но большого количества низкомолекулярных соединений (неконденсирующихся газов).

Кроме того, высокое содержание неконденсирующихся дымовых газов в смеси с водяным паром, горючими газами и углеводородами приведет к снижению скорости конденсации в теплообменнике (конденсаторе), росту расхода охлаждающей воды и росту расхода энергии на процесс переработки.

В теплообменнике горючие газы, жидкие углеводороды и водяной пар охлаждают до температуры Т = 20 100°С путем теплообмена с теплоносителем (охлаждающей водой) для отделения горючих газов от водяного пара и жидких углеводородов. Охлаждение до температуры ниже 20°С требует специального холодильного оборудования с высоким расходом энергии. При этом при охлаждении образующихся жидких углеводородов до температуры ниже 20°С резко возрастает их вязкость (жидкие углеводороды загустевают), что приводит к нарушению работы теплообменника, так как образующиеся жидкие углеводороды при температуре ниже 20°С медленно удаляются из теплообменника.

Охлаждение до температуры выше 100°С не обеспечивает конденсации водяного пара (водяной пар конденсируется при температуре 100°С и ниже), в результате чего горючие газы будут содержать большое количество водяного пара и удельная теплота их сгорания резко снизится. Это потребует расхода дополнительного топлива для сжигания данных газов, т.е. возрастут энергетические затраты на процесс переработки нефтяных отходов.

При охлаждении смеси газов в теплообменнике, конденсации водяного пара и жидких углеводородов за счет теплообмена с водой снимается тепловая энергия, т.е. образуется нагретая вода. Поскольку для снижения расхода воды используется ее обращение в замкнутом цикле, то возникает необходимость установки дополнительного оборудования для охлаждения воды.

В предложенном техническом решении тепловая энергия охлаждающей воды используется для нагрева исходных нефтяных отходов, а вместо оборудования для охлаждения воды используется бункер - теплообменник с нефтяными отходами.

В результате нагрева исходных отходов в бункере - теплообменнике происходит испарение воды и предварительный разогрев отходов. Испарение воды перед подачей отходов в реактор обеспечивает снижение энергии на процесс переработки отходов в самом реакторе и при этом полезно используется тепловая энергия охлаждающей воды.

Отделение жидких углеводородов от воды частично и установление массового соотношения жидких углеводородов и воды в смеси в пределах 1 : (1 4) позволяет создать горючую смесь воды и жидких углеводородов, которую после этого сжигают, и таким образом производится термическая обработка воды с целью ее очистки от растворенных углеводородов.

Установление массового соотношения жидких углеводородов и воды менее, чем 1 : 1 (т.е. на 1 кг жидких углеводородов будет приходиться менее 1 кг воды) приведет к расходованию жидких углеводородов в больших количествах и при сжигании такой смеси (обогащенной жидкими углеводородами) будет выделяться большое количество энергии, которую придется утилизировать, т.е. в этом случае повышаются затраты энергии на процесс переработки нефтяных отходов.

Установление массового соотношения жидких углеводородов и воды более, чем 1 :4 (т.е. на 1 кг жидких углеводородов будет приходиться более 4 кг воды) приведет к тому, что такая смесь не будет гореть самостоятельно без дополнительного топлива. В этом случае повышаются затраты энергии на процесс переработки отходов за счет необходимости сжигания дополнительного топлива.

Подача твердого остатка из реактора в газогенератор при температуре Т = 400-600°С позволяет полезно использовать тепло твердого остатка в газогенераторе. Снижение температуры подаваемого в газогенератор из реактора твердого остатка до температуры ниже 400°С приведет к нарушению работы газогенератора и потребуется дополнительный подвод энергии в газогенератор для обеспечения его работы.

Подавать в газогенератор твердый остаток при температуре выше 600°С нецелесообразно, так как в этом случае произойдет перегрев самого газогенератора, в результате чего нарушится его работа и оборудование выйдет из строя.

Подача твердого остатка в газогенератор позволяет очистить твердый остаток от остаточного углерода и углеводородов с высокой температурой кипения в результате протекания реакций газификации углерода с образованием генераторного газа и прокаливания твердого остатка при температуре около 1000°С, что обеспечивает удаление из остатка углеводородов с высокой температурой кипения. Обработанный в газогенераторе твердый остаток не содержит органических соединений, а содержит только минеральные составляющие, которые не представляют опасности для окружающей среды, и поэтому данный остаток может быть использован в производстве различных строительных материалов в качестве наполнителя, или для отсыпки дорожного полотна, т.е. этот остаток утилизируется экологически чистым способом, в результате чего предотвращаются выбросы вредных веществ в окружающую среду.

Сжигание полученного из твердого остатка генераторного газа и использование тепла для обогрева реактора позволяет снизить расход топлива для энергетического обеспечения работы реактора.

Для более полного сгорания смеси жидких углеводородов и воды данную смесь перед сжиганием подвергают кавитационному воздействию путем наложения ультразвука с частотой не менее 20 кГц, так как при более низкой частоте в такой смеси не развивается кавитация и не образуется устойчивая смесь жидких углеводородов и воды, т.е. смесь быстро расслаивается на воду и жидкие углеводороды.

Наложение ультразвука с частотой выше 200 кГц приводит к резкому росту энергетических затрат. Подача ультразвука с интенсивностью колебаний менее 1 Вт/ см не обеспечивает равномерного смешения воды и жидких углеводородов, при этом также резко возрастает время, необходимое для образования устойчивой смеси.

Подача ультразвука с интенсивностью колебаний более 5,0 Вт/см 2 приводит к резкому росту затрат энергии на процесс смешения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 изображена схема устройства, с помощью которой реализуется способ переработки нефтяных отходов.

Устройство содержит бункер-теплообменник 1, снабженный дозатором 2, подключенным к шлюзовой камере 3 с затвором 4, шлюзовую камеру 5 с затвором 6, реактор 7, в котором установлена лента транспортера 8, снабженная планками 9, которые образуют на ленте секции 10, загрузочный канал 11, привод 12. Устройство содержит емкость 13 с жидким топливом, снабженную краном 14, который подключен к топке 15, теплообменник 16 с установленными в нем пластинами 17, трубопровод 18, подключенный к рубашке 19, парогенератор 20, датчик температуры 21, установленный в реакторе 7, кран 22, подключенный к смесителю 23, кран 24 и кран 25, подключенный ко входу 26 реактора 7, выход 27, подключенный к загрузочному каналу 11, датчик температуры 28, кран 29, подключенный к конденсатору 30, датчик давления 31, циркуляционный насос 32, сепаратор 33, кран 34, подключенный к смесителю 35, кран 36, канал 37, оборудованный ультразвуковым излучателем 38 с генератором 39. Кроме того, в состав устройства входит насос 40, накопитель 41, канал выгрузки 42, снабженный шнеком 43, подключенным к газогенератору 44, кран 45, подключенный к шиберу 46, емкость 47, скруббер 48, снабженный форсунками 49, градирня 50 с насосами 51 и 52, фильтр 53 с краном 54, кран 55, фильтр 56 для воды, система установления кислотности 57, прибор 58 для контроля кислотности воды в скруббере 48, датчик 59 температуры, рубашка 60, кран 61. Способ переработки нефтяных отходов осуществляют следующим образом.

Из бункера-теплообменника 1 через дозатор 2 в шлюзовую камеру 3 при закрытом затворе 4 подают заданное количество нефтяных отходов. После этого открывают затвор 4, и отходы под действием собственного веса проваливаются в шлюзовую камеру 5 и задерживаются на закрытом затворе 6. Закрывают затвор 4 и открывают затвор 6. Нефтяные отходы под действием собственного веса проваливаются в реактор 7 и попадают на ленту транспортера 8, на которой установлены планки 9, образующие секции 10. Затвор 6 открывают в момент, когда очередная секция 10 устанавливается напротив загрузочного канала 11. Это обеспечивает точную загрузку нефтяных отходов в секцию.

После этого закрывают затвор б и с помощью приводов 12 перемещают секцию 10 с таким шагом, чтобы следующая за ней секция 10 установилась точно напротив загрузочного канала 11. Таким образом, лента транспортера 8 перемещается циклически, т.е. не непрерывно движется, а передвигается с шагом, равным по величине длине одной секции 10. Такой режим движения ленты транспортера 8 обеспечивает точную по весу загрузку каждой секции 10.

Из емкости 13 с жидким топливом через кран 14 в топку 15 с заданным расходом подают жидкое топливо и сжигают его, а высокотемпературные дымовые газы при температуре 1000 1 100°С из топки 15 подают в теплообменник 16, представляющий собой канал прямоугольного сечения с установленными в нем пластинами 17 таким образом, чтобы организовать течение дымовых газов по каналу не по прямой, а по криволинейной траектории, что обеспечивает интенсивное перемешивание дымовых газов (турбулизацию их течения), в результате чего увеличивается передача тепла от высокотемпературных дымовых газов к станкам канала (теплообменника 16). После прохождения теплообменника 16 дымовые газы через трубопровод 18 выходят в рубашку 19 реактора 7, из которой затем подают в парогенератор 20.

При протекании дымовых газов по теплообменнику 16 нагреваются стенки теплообменника до заданной температуры, которую контролируют по показаниям датчика температуры 21.

Лента транспортера 8 плотно прилегает к верхней стенке теплообменника 16 и перемещается вдоль этой стенки. Это обеспечивает передачу тепла от нагретой стенки теплообменника 16 к ленте транспортера 8 путем теплопроводности.

Находящиеся на ленте транспортера 8 в секциях 10 нефтяные отходы нагреваются за счет передачи тепла теплопроводностью от ленты транспортера.

Проходящие по рубашке 19 реактора 7 дымовые газы нагревают стенки рубашки 19, от которых тепло излучением передается к нефтяным отходам, перемещающимся вместе с лентой транспортера 8.

Одновременно с подачей дымовых газов в теплообменник 16 от парогенератора 20 через кран 22 с заданным расходом в смеситель 23 подают водяной пар при температуре ПО 160°С. В смеситель 23 через кран 24 с заданным расходом подают высокотемпературные дымовые газы. При этом с помощью кранов 22 и 24 устанавливают массовое соотношение водяного пара и дымовых газов в пределах 1 : (0,1 - 0,5) и данную смесь через кран 25 подают на вход 26 реактора 7.

Водяной пар в смеси с дымовыми газами поступает на вход 26 реактора 7 и перемещается к выходу 27, расположенному в загрузочном канале 1 1. При движении смеси вдоль нижней стенки реактора 7 (навстречу движению транспортера 8) происходит теплообмен между лентой транспортера 8 и смесью, в результате чего лента транспортера 8 охлаждается, а смесь водяного пара и дымовых газов подогревается до заданной температуры, которую контролируют по показаниям датчика температуры 28 и регулируют путем изменения величины расхода смеси водяного пара и дымовых газов кранами 22, 24 и 25.

При движении смеси вдоль верхней стенки реактора 7 навстречу движению транспортера 8 с нефтяными отходами происходит конвективный перенос тепла от стенки реактора 7 к нефтяным отходам. Смесь нагревается от стенки реактора 7 и, обтекая нефтяные отходы на ленте транспортера 8, передает им тепло.

Таким образом, нефтяные отходы на движущейся ленте транспортера 8 нагреваются путем теплопроводности, излучения и конвекции, т.е. в этом случае работают все механизмы переноса тепловой энергии.

При нагреве нефтяных отходов происходит вначале испарение фракций углеводородов с низкой температурой кипения, а затем при дальнейшем нагреве осуществляется и термическое разложение высокомолекулярных соединений, в результате чего образуются газообразные продукты и некоторая часть кокса. Данные газообразные продукты содержат горючие (неконденсирующиеся) газы и углеводороды, которые при охлаждении конденсируются с образованием жидких углеводородов.

В реакторе 7 газообразные продукты, которые выделились из нефтяных отходов, смешиваются с водяным паром и дымовыми газами, образуя парогазовую смесь, которую через выход 27 и кран 29 выводят из реактора 7 в конденсатор 30. При этом с помощью крана 29 регулируют количество выводимой парогазовой смеси таким образом, чтобы давление в реакторе 7 было выше атмосферного, что необходимо для предотвращения попадания воздуха в реактор 7 и его взрыва. Величину давления контролируют по показаниям датчика давления 31.

Одновременно с выводом газообразных продуктов из реактора 7 в конденсатор 30 с помощью циркуляционного насоса 32 через конденсатор 30 и бункер-теплообменник 1 прокачивают охлаждающую воду. В конденсаторе 30 в результате теплообмена с газообразными продуктами охлаждающая вода нагревается от Т = 20°С до температуры около 100°С, а газообразные продукты охлаждаются до температуры Т = 20°С 100°С.

Нагретая в конденсаторе 30 охлаждающая вода проходит через бункер- теплообменник 1 и отдает тепло нефтяным отходам, которые находятся в бункере- теплообменнике 1. При нагревании нефтяных отходов до температуры 100°С из них испаряется вода, которая в виде водяного пара выходит в окружающую среду. Охлажденная в бункере-теплообменнике 1 охлаждающая вода вновь поступает в конденсатор.

В результате охлаждения из газообразных продуктов выпадает конденсат, содержащий воду и жидкие углеводороды. Конденсат из конденсатора 30 подают в сепаратор 33, в котором отделяют воду от жидких углеводородов.

Отделение воды от жидких углеводородов осуществляют частично, т.е. устанавливают массовое соотношения жидких углеводородов и воды в смеси в пределах 1 : (1 - 4). С помощью крана 34 в смеситель 35 подают жидкие углеводороды, а с помощью крана 36 в смеситель 35 подают воду из сепаратора 33 в заданном количестве, чтобы соблюдалось массовое соотношение жидких углеводородов и воды в смеси в пределах 1 : (0,1 4,0).

Полученную смесь воды и жидких углеводородов из смесителя 35 пропускают через канал 37, оборудованный ультразвуковым излучателем 38 с генератором 39. В процессе пропускания смеси в канале 37 возбуждают ультразвуковую кавитацию, путем наложения ультразвука с частотой в пределах 20 200 кГц и интенсивностью колебаний 1,0 5,0 Вт/ см 2 . Под действием ультразвуковой кавитации образуется устойчивая смесь воды и жидких углеводородов, которую с помощью насоса 40 подают в топку 15 и сжигают. Остаточные жидкие углеводороды из сепаратора 33 подают в накопитель 41.

Продвигающиеся на ленте транспортера 8 нефтяные отходы перемещаются от загрузки к каналу выгрузки 42. Здесь в результате поворота ленты транспортера 8 осуществляется выгрузка под действием собственного веса очищенных от углеводородов нефтяных отходов.

Очищенные отходы содержат неорганические составляющие и некоторое количество кокса и углеводородов с температурой кипения выше 600°С. Поэтому данные отходы из канала выгрузки с помощью шнека 43 при температуре Т = 400 + 600°С подают в газогенератор 44. Температуры отходов контролируют по показаниям датчика 59, а регулируют данную температуру путем подачи в рубашку 60 с помощью крана 61 охлаждающей воды от градирни 50.

В газогенераторе 44 осуществляют газификацию отходов с образованием золы и генераторных газов. Остаточный кокс в газогенераторе взаимодействует с водяным паром по реакции: С + Н 2 0 = СО + Н 2 .

Одновременно с подачей очищенных отходов в газогенератор 44 с помощью крана 45 через шибер 46 в газогенератор 44 подают водяной пар и воздух. Причем расход пара регулируют краном 45, чтобы обеспечить производство генераторного газа.

Образующийся в газогенераторе 44 генераторный газ подают в топку 15 и сжигают. При этом с помощью крана 45 снижают подачу из емкости 13 жидкого топлива в топку 15.

В газогенераторе 44 образуется зола, которую выгружают в емкость 47. Дымовые газы из парогенератора 20 подают в скруббер 48, где их через форсунки 49 орошают водой. В результате газы промываются (из газов поглощаются сернистые соединения и диоксид углерода, а также частицы пыли) и очищенные выбрасываются в атмосферу.

Для обеспечения работы скруббера 48 используют градирню 50, в которой охлаждают воду для орошения. Данную воду подают из градирни 50 в скруббер 48 с помощью насоса 51 , а возвращают в градирню с помощью насоса 52.

В скруббере образуется вода, содержащая кислоты и частицы пыли. Для нейтрализации воды в скруббер с помощью системы 57 подают щелочь, а кислотность контролируют по показаниям датчика рН 58.

Часть образующейся в скруббере 48 воды через фильтр 53 и кран 54 подают в парогенератор 20 и используют для производства рабочего водяного пара. Избыточную воду из скруббера 48 через кран 55 и фильтр 56 сливают в канализацию.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Способ переработки нефтяных отходов иллюстрируется следующими примерами. Пример 1.

Из бункера-теплообменника 1 через дозатор 2 в шлюзовую камеру 3 при закрытом затворе 4 подают 100 кг нефтяных отходов. Отходы содержат 18 масс. % воды, 38,8 масс. % нефтепродуктов и 43,2 масс.% примесей неорганических соединений.

После этого открывают затвор 4, и отходы под действием собственного веса проваливаются в шлюзовую камеру 5 и задерживаются на закрытом затворе 6. Закрывают затвор 4 и открывают затвор 6. Нефтяные отходы под действием собственного веса проваливаются в реактор 7 и попадают на ленту транспортера 8, на которой установлены планки 9, образующие секции 10. Затвор 6 открывают в момент, когда очередная секция 10 устанавливается напротив загрузочного канала 1 1. Это обеспечивает точную загрузку 100 кг нефтяных отходов в секцию. Пусть необходимое время выдержки отходов при температуре Т = 600°С составляет 2 часа для удаления нефтепродуктов путем испарения и термического разложения. Поэтому секция 10 с отходами должна перемещаться от загрузочного канала 1 1 до канала 42 выгрузки в течение 2 часов. Положим, что производительность по исходным отходам составляет 1000 кг/ч. Таким образом, в течение каждого часа необходимо выгружать 10 секций, содержащих по 100 кг отходов (исходных) каждая. Длина верхней ветви транспортера 8 составляет 20 м. Длина каждой секции 1м, ширина 1м и высота 0,1м. Поэтому на верхней ветви транспортера 8 размещается 20 секций 10. Таким образом, 20 секций разгружаются в течение 2 часов. Из этого следует, что скорость движения ленты транспортера 8 составляет 10 м/ч. При такой скорости движения нефтяные отходы в каждой секции 10 от момента загрузки до момента выгрузки будут перемещаться на ленте транспортера 8 в течение 2 часов.

После загрузки секции 10 нефтяными отходами закрывают затвор б и с помощью приводов 12 перемещают секцию с таким шагом 1м, чтобы следующая за ней секция 10 установилась точно напротив загрузочного канала 11. Таким образом, лента транспортера 8 перемещается циклически, т.е. не непрерывно движется, а передвигается с шагом 1 м.

Из емкости 13 с жидким топливом через кран 14 в топку 15 с расходом

180 кг/ч подают жидкое топливо (удельная теплота сгорания 40 000 кДж/кг) и сжигают его. В результате сжигания жидкого топлива образуется 2160 кг/ч дымовых газов с температурой 1000°С. Образующиеся дымовые газы при Т=1000°С из топки 15 подают в теплообменник 16, представляющий собой канал прямоугольного сечения шириной 1 м и высотой 0,5 м с установленными в нем пластинами 17 таким образом, чтобы организовать течение дымовых газов по каналу не по прямой, а по криволинейной траектории.

После прохождения теплообменника 16 дымовые газы через трубопровод 18 с расходом 2160 кг/ч выходят в рубашку 19 реактора 7, из которой затем данные газы подают в парогенератор 20.

При протекании дымовых газов по теплообменнику 16 нагреваются стенки теплообменника до температуры Т= 700°С, которую контролируют по показаниям датчика температуры 21.

Лента транспортера 8 плотно прилегает к верхней стенке теплообменника 16 и перемещается вдоль этой стенки. Это обеспечивает передачу тепла от нагретой стенки теплообменника 16 к ленте транспортера 8 путем теплопроводности. Находящиеся на ленте транспортера 8 в секциях 10 нефтяные отходы нагреваются за счет передачи тепла теплопроводностью от ленты транспортера.

Проходящие по рубашке 19 реактора 7 дымовые газы нагревают стенку рубашки 19 до температуры 600°С, от которых тепло излучением передается к нефтяным отходам, перемещающимся вместе с лентой транспортера 8.

Одновременно с подачей дымовых газов в теплообменник 16 от парогенератора 20 через кран 22 с расходом 100 кг/ч в смеситель 23 подают водяной пар при температуре 1 10°С. В смеситель 23 через кран 24 с расходом 10 кг/ч подают дымовые газы при температуре Т= 1000°С. При этом температура образующейся смеси составляет Т= 160°С, т.к. смесь нагревается за счет смешивания с дымовыми газами. В результате этого обеспечивают массовое соотношение водяного пара и дымовых газов в пределах 100 кг: 10 кг, т.е. 1 : 0,1, и данную смесь через кран 25 с расходом 1 10 кг/ч подают на вход 26 реактора 7.

Водяной пар в смеси с дымовыми газами при температуре Т=160°С поступает на вход 26 реактора 7 и перемещается к выходу 27, расположенному в загрузочном канале 1 1. При движении смеси вдоль нижней стенки реактора (навстречу движению транспортера 8) происходит теплообмен между лентой транспортера 8 (температура около 600°С) и смесью, в результате чего лента транспортера 8 к моменту перемещения к каналу загрузки охлаждается до температуры входящей смеси Т = 160°С. Такая температура обеспечивает то, что загружаемые в секции на ленту транспортера нефтяные отходы с температурой около 60 - 80°С не попадают на раскаленную ленту, в результате чего из-за термических напряжений лента может разрушаться.

Смесь водяного пара и дымовых газов подогревается до температуры Т=600°С, которую контролируют по показаниям датчика температуры 28 и регулируют путем изменения величины расхода смеси водяного пара и дымовых газов кранами 22, 24 и 25.

При движении смеси вдоль верхней стенки реактора 7 навстречу движению транспортера 8 с нефтяньши отходами происходит конвективный перенос тепла от стенки реактора 7 к нефтяным отходам. Смесь нагревается от стенки реактора 7 и, обтекая нефтяные отходы на ленте транспортера 8 передает им тепло. По мере продвижения отходов от канала загрузки к каналу выгрузки происходит их нагревание, в результате чего вначале испаряется остаточная вода и углеводороды с низкой температурой кипения, а затем при дальнейшем нагреве осуществляется и термическое разложение высокомолекулярных соединений, в результате чего образуются газообразные продукты и некоторая часть кокса.

В нашем случае испаряется остаточная вода в количестве 80 кг/ч, а затем испаряются 65 кг/ч углеводороды с низкой температурой кипения, после чего происходит термическое разложение 313 кг/ч высокомолекулярных соединений и образуется 10 кг/ч кокса, который остается в отходах в смеси с неорганическим соединениями.

Таким образом, в нашем случае образуются газообразные продукты в количестве: 80 кг/ч + 65 кг/ч + 313 кг/ч = 458 кг/ч.

Данные газообразные продукты содержат горючие (неконденсирующиеся) газы и углеводороды, которые при охлаждении конденсируются с образованием жидких углеводородов, а также водяной пар.

В реакторе 7 газообразные продукты, которые выделились из нефтяных отходов, смешиваются с водяным паром и дымовыми газами, образуя парогазовую смесь в количестве 458 кг/ч + 110 кг/ч = 568 кг/ч, которую через выход 27 и кран 29 выводят из реактора 7 в конденсатор 30 с расходом 568 кг/ч. При этом с помощью крана 29 регулируют количество выводимой парогазовой смеси таким образом, чтобы давление в реакторе 7 было выше атмосферного на 0,1 атм., что необходимо для предотвращения попадания воздуха в реактор. Величину давления контролируют по показаниям датчика давления 31.

Одновременно с выводом газообразных продуктов из реактора в конденсатор с помощью циркуляционного насоса 32 через конденсатор 30 и бункер-теплообменник 1 прокачивают охлаждающую воду с расходом 4000 кг/ч.

В конденсаторе в результате теплообмена с газообразными продуктами охлаждающая вода нагревается от Т = 20°С до температуры около 100°С, а газообразные продукты охлаждаются до температуры Т=20°С.

Нагретая в конденсаторе 30 охлаждающая вода проходит через бункер- теплообменник 1 с расходом 4000 кг/ч и отдает тепло нефтяным отходам, которые находятся в бункере-теплообменнике. При этом количество отдаваемого тепла водой будет равно:

Q B = C w Mw (Ί οο - Т 20 ) = 4,18 кДж/кг°С . 4000 кг/ч (100°С - 20°С) = 1337600 кДж/ч,

где С\у = 4,18 кДж/кг°С - удельная теплоемкость воды; Mw = 4000 кг/ч - расход воды;

Т 10 о = 100°С - начальная температура воды; Т 20 = 20°С - конечная температура воды.

За счет этого тепла из исходных отходов можно испарить следующее количество воды:

М в = Q B : (C w (Тюо - Т 20 ) +R) = (1337600 кДж/ч) : (4,18 кДж/кг°С . 80°С + 2250 кДж/кг) = 517 кг/ч,

где Мв = 517 кг/ч - количество испаряемой воды из отходов; R = 2250 кДж/кг - удельная теплота испарения воды.

Коэффициент полезного действия бункера теплообменника составляет

19,3%, и поэтому количество испаряемой воды из нефтяных отходов в бункере- теплообменнике составит величину 517 кг/ч . 0,193 = 100 кг/ч.

Охлажденная в бункере-теплообменнике 1 охлаждающая вода вновь поступает в конденсатор 30.

В результате охлаждения из газообразных продуктов выпадает конденсат, содержащий воду и жидкие углеводороды.

В нашем случае выпадающий за 1 час конденсат содержит 180 кг воды и 302 кг жидких углеводородов. Таким образом, количество выпадающего в конденсаторе 30 конденсата составляет (180 кг/ч + 302 кг/ч) = 482 кг/ч.

Конденсат из конденсатора 30 с расходом 482 кг/ч подают в сепаратор 33, в котором отделяют воду от жидких углеводородов. Отделение воды от жидких углеводородов осуществляют частично, т.е. устанавливают массовое соотношение жидких углеводородов и воды в смеси в пределах 1 :1. С помощью крана 34 в смеситель 35 подают жидкие углеводороды с расходом 180 кг/ч, а с помощью крана 36 в смеситель подают воду из сепаратора 33 с расходом 180 кг/ч, что обеспечивает массовое соотношение жидких углеводородов и воды в смеси 1 :1. Полученную смесь воды и жидких углеводородов из смесителя 35 с расходом 360 кг/ч пропускают через канал 37, оборудованный ультразвуковым излучателем 38 с генератором 39. В процессе пропускания смеси в канале возбуждают ультразвуковую кавитацию путем наложения ультразвука с частотой 20 кГц и интенсивностью колебаний 1,0 Вт/ см 2 . Под действием ультразвуковой кавитации образуется устойчивая смесь воды и жидких углеводородов, которую с помощью насоса 40 с расходом 360 кг/ч подают в топку 15 и сжигают. Удельная теплота сгорания такой смеси составляет 20000 кДж/кг, а сжигание 360 кг/ч смеси эквивалентно сжиганию 180 кг жидкого топлива с удельной теплотой сгорания 40 000 кДж/кг (например, солярки). Поэтому одновременно с помощью крана 14 прекращают подачу жидкого топлива из емкости 13 в топку 15.

Остаточные жидкие углеводороды из сепаратора 33 с расходом 302 кг/ч - 180 кг/ч = 122 кг/ч подают в накопитель 41.

Продвигающиеся на ленте транспортера 8 нефтяные отходы перемещаются от загрузки к каналу выгрузки 42. Здесь в результате поворота ленты транспортера 8 осуществляется выгрузка под действием собственного веса очищенных от углеводородов нефтяных отходов. При этом количество выгружаемых очищенных отходов составляет величину 1000 кг/ч - 80 кг/ч - 378 кг/ч = 542 кг/ч, где 1000 кг/ч составляют исходные отходы, а 80 кг/ч - составляет испарившаяся из отходов вода и 378 кг/ч составляют выделившиеся из отходов (в результате испарения и термического разложения) нефтепродукты.

Очищенные отходы содержат неорганические составляющие и кокс в количестве 10 кг на 542 кг общего веса, т.е. содержание кокса в очищенных отходах составляет (10 кг/542 кг).100 % =1,8 %. Поэтому данные отходы (твердый остаток) при температуре Т= 400°С из канала выгрузки с помощью шнека 43 с расходом 542 кг/ч подают в газогенератор 44.

Температуру твердого остатка контролируют по показаниям датчика 59 температуры, а устанавливают температуру путем подачи в рубашку 60 с помощью крана 61 охлаждающей воды от градирни 50. В газогенераторе 44 осуществляют газификацию отходов с образованием золы и генераторных газов. Остаточный кокс в газогенераторе взаимодействует с водяным паром по реакции: С + Н 2 0 = СО + Н 2 .

Из данной реакции следует, что для взаимодействия 10 кг кокса (содержит практически 100 углерода) с водяным паром потребуется 15 кг водяного пара, в результате чего образуется 10 кг + 15 кг = 25 кг горючего газа с удельной теплотой сгорания 20 000 кДж/кг.

Одновременно с подачей очищенных отходов с помощью крана 45 через шибер 46 в газогенератор 44 подают водяной пар и воздух. Причем расход пара регулируют краном 45 и устанавливают равным 15 кг/ч, чтобы обеспечить производство генераторного газа. Образующийся в газогенераторе 44 генераторный газ с расходом 25 кг/ч подают в печь 15 и сжигают.

В газогенераторе 44 образуется зола в количестве 542 кг/ч - 10 кг/ч = 532 кг/ч, которую выгружают в емкость 47. При этом 10 кг/ч составляет кокс, который в газогенераторе превращается в газ.

Дымовые газы из парогенератора 20 при температуре Т = 200°С с расходом 2160 кг/ч подают в скруббер 48, где их через форсунки 49 орошают водой. Для охлаждения 2160 кг/ч дымовых газов в скруббере и их промывки устанавливают расход воды 12000 кг/ч. Данная вода является оборотной и циркулирует в замкнутом цикле. В результате газы промываются (из газов поглощаются сернистые соединения и диоксид углерода, а также частицы пыли) и очищенные выбрасываются в атмосферу.

Для обеспечения работы скруббера используют градирню, в которой охлаждают воду для орошения до температуры Т = 20°С. Данную воду подают из градирни 50 в скруббер 48 с помощью насоса 51 с расходом 12 000 кг 1ч, а возвращают в градирню с помощью насоса 52 с расходом 12000 кг/ч.

В скруббере образуется вода, содержащая кислоты и частицы пыли, и при этом в скруббере из дымовых газов конденсируется часть воды, что в нашем случае составляет 120 кг/ч. Для нейтрализации воды в скруббер подают щелочь и устанавливают заданную кислотность воды рН, что контролируют по показаниям прибора 56.

Часть образующейся в скруббере воды через фильтр 53 и кран 54 с расходом 100 кг/ч подают в парогенератор 20 и используют для производства рабочего водяного пара. Избыточную воду из скруббера 48 через кран 55 с расходом 20 кг/ч сливают в канализацию.

Пример 2.

Из бункера-теплообменника 1 через дозатор 2 в шлюзовую камеру 3 при закрытом затворе 4 подают 200 кг нефтяных отходов. Отходы содержат 10 масс. % воды, 40 масс. % нефтепродуктов и 50 масс.% примесей неорганических соединений.

После этого открывают затвор 4, и отходы под действием собственного веса проваливаются в шлюзовую камеру 5 и задерживаются на закрытом затворе 6. Закрывают затвор 4 и открывают затвор 6. Нефтяные отходы под действием собственного веса проваливаются в реактор 7 и попадают на ленту транспортера 8, на которой установлены планки 9, образующие секции 10. Затвор 6 открывают в момент, когда очередная секция 10 устанавливается напротив загрузочного канала 1 1. Это обеспечивает точную загрузку 200 кг нефтяньк отходов в секцию. Пусть необходимое время выдержки отходов при температуре Т = 650°С составляет 2 часа для удаления нефтепродуктов путем испарения и термического разложения. Поэтому секция с отходами должна перемещаться от загрузочного канала до канала выгрузки в течение 2 часов. Положим, что производительность по исходным отходам составляет 2000 кг/ч. Таким образом, в течение каждого часа необходимо выгружать 10 секций, содержащих по 200 кг отходов (исходных) каждая. Длина верхней ветви транспортера составляет 20 м. Длина каждой секции 1м, ширина 1м и высота 0,1м. Поэтому на верхней ветви транспортера размещается 20 секций. Таким образом, 20 секций разгружаются в течение 2 часов. Скорость движения ленты транспортера составляет 10 и/ч.

После загрузки секции нефтяными отходами закрывают затвор б и с помощью приводов 12 перемещают секцию с таким шагом 1м, чтобы следующая за ней секция установилась точно напротив загрузочного канала 11. Таким образом, лента транспортера 8 перемещается циклически, т.е. не непрерывно движется, а передвигается с шагом 1 м.

Из емкости с жидким топливом 13 через кран 14 в топку 15 с расходом 200 кг/ч подают жидкое топливо (удельная теплота сгорания 40 000 кДж/кг) и сжигают его. В результате сжигания жидкого топлива образуется 2400 кг/ч дымовых газов с температурой 1000°С. Образующиеся дымовые газы при Т=1000°С из топки 15 подают в теплообменник 16, представляющий собой канал прямоугольного сечения шириной 1 м и высотой 0,5 м с установленными в нем пластинами 17 таким образом, чтобы организовать течение дымовых газов по каналу не по прямой, а по криволинейной траектории.

После прохождения теплообменника 16 дымовые газы через трубопровод 18 с расходом 2400 кг/ч выходят в рубашку 19 реактора 7, из которой затем данные газы подают в парогенератор 20.

При протекании дымовых газов по теплообменнику 16 нагреваются стенки теплообменника до температуры Т = 750°С, которую контролируют по показаниям датчика температуры 21.

Находящиеся на ленте транспортера 8 в секциях 10 нефтяные отходы нагреваются за счет передачи тепла теплопроводностью от ленты транспортера.

Проходящие по рубашке 19 реактора 7 дымовые газы нагревают стенки рубашки до температуры 700°С, от которых тепло излучением передается к нефтяным отходам, перемещающимся вместе с лентой транспортера 8.

Одновременно с подачей дымовых газов в теплообменник 16 от парогенератора 20 через кран 22 с расходом 150 кг/ч в смеситель 23 подают водяной пар при температуре 1 10°С. В смеситель 23 через кран 24 с расходом 75 кг/ч подают дымовые газы при температуре Т=1000°С. При этом температура образующейся смеси составляет Т = 160°С, т.к. смесь нагревается за счет смешивания с дымовыми газами. В результате этого обеспечивают массовое соотношение водяного пара и дымовых газов в пределах 150 кг: 75 кг, т.е. 1 : 0,5 и данную смесь через кран 25 с расходом 150 кг/ч + 75 кг/ч = 225 кг/ч подают на вход 26 реактора 7.

Водяной пар в смеси с дымовыми газами при температуре Т=300°С поступает на вход 26 реактора 7 и перемещается к выходу 27, расположенному в загрузочном канале 1 1. При движении смеси вдоль нижней стенки реактора 7 (навстречу движению транспортера 8) происходит теплообмен между лентой транспортера (температура около 650°С) и смесью, в результате чего лента транспортера 8 к моменту перемещения к загрузочному каналу 11 охлаждается до температуры входящей смеси Т = 300°С. Такая температура обеспечивает то, что загружаемые в секции на ленту транспортера нефтяные отходы с температурой около 60 - 80°С не попадают на раскаленную ленту, в результате чего из-за термических напряжений лента может разрушаться.

Смесь водяного пара и дымовых газов подогревается до температуры Т = 650°С, которую контролируют по показаниям датчика температуры 28 и регулируют путем изменения величины расхода смеси водяного пара и дымовых газов кранами 22, 24 и 25.

При движении смеси вдоль верхней стенки реактора навстречу движению транспортера 8 с нефтяными отходами происходит конвективный перенос тепла от стенки реактора к нефтяным отходам. Смесь нагревается от стенки реактора и, обтекая нефтяные отходы на ленте транспортера, передает им тепло.

По мере продвижения отходов от канала загрузки к каналу выгрузки происходит их нагревание, в результате чего вначале испаряется остаточная воды и углеводороды с низкой температурой кипения, а затем при дальнейшем нагреве осуществляется и термическое разложение высокомолекулярных соединений, в результате чего образуются газообразные продукты и некоторая часть кокса.

В нашем случае испаряется остаточная вода в количестве 40 кг/ч, а затем испаряются 120 кг/ч углеводороды с низкой температурой кипения, после чего происходит термическое разложение 600 кг/ч высокомолекулярных соединений и образуется 80 кг/ч кокса, который остается в отходах в смеси с неорганическим соединениями.

Таким образом, в нашем случае образуются газообразные продукты в количестве: 40 кг/ч + 120 кг/ч + 600 кг/ч = 760 кг/ч.

Данные газообразные продукты содержат горючие (неконденсирующиеся) газы и углеводороды, которые при охлаждении конденсируются с образованием жидких углеводородов, а также водяной пар.

В реакторе 7 газообразные продукты, которые выделились из нефтяных отходов, смешиваются с водяным паром и дымовыми газами, образуя парогазовую смесь в количестве 760 кг/ч + 225 кг/ч = 985 кг/ч, которую через выход 27 и кран 29 выводят из реактора 7 в конденсатор 30 с расходом 985 кг/ч. При этом с помощью крана 29 регулируют количество выводимой парогазовой смеси таким образом, чтобы давление в реакторе 7 было выше атмосферного на 0,1 атм., что необходимо для предотвращения попадания воздуха в реактор. Величину давления контролируют по показаниям датчика давления 31.

Одновременно с выводом газообразных продуктов из реактора в конденсатор с помощью циркуляционного насоса 32 через конденсатор 30 и бункер-теплообменник 1 прокачивают охлаждающую воду с расходом 6000 кг/ч.

В конденсаторе в результате теплообмена с газообразными продуктами охлаждающая вода нагревается от Т = 20°С до температуры около 100°С, а газообразные продукты охлаждаются до температуры Т = 100°С.

Нагретая в конденсаторе 30 охлаждающая вода проходит через бункер- теплообменник 1 с расходом 6000 кг/ч и отдает тепло нефтяным отходам, которые находятся в бункере- теплообменнике.

При этом количество отдаваемого тепла водой будет равно:

Q B = C w Mw (Тюо - Т 20 ) = 4,18 кДж/кг°С . 6000 кг/ч (100°С - 20°С) = 2006400 кДж/ч,

где С \ у = 4,18 кДж/кг°С - удельная теплоемкость воды; М \ у = 6000 кг/ч - расход воды;

Тюо = Ю0°С - начальная температура воды; Т 20 = 20°С - конечная температура воды.

За счет этого тепла из исходных отходов можно испарить следующее количество воды:

М в = Q B : (C w 100 - Т 20 ) +R) = (2006400 кДж/ч) : (4,18 кДж/кг°С . 80°С + 2250 кДж/кг) = 776 кг/ч,

где Мв = 776 кг/ч - количество испаряемой воды из отходов; R = 2250 кДж/кг - удельная теплота испарения воды.

Коэффициент полезного действия бункера теплообменника составляет 20,5 %, и поэтому количество испаряемой воды из нефтяных отходов в бункере- теплообменнике составит величину 776 кг/ч . 0,205 = 160 кг/ч.

Таким образом, подводимого тепла в бункер-теплообменник достаточно для испарения 160 кг/ч воды из отходов и обеспечения содержания остаточной воды в количестве 20 кг на 1000 отходов, что при переработке 2000 кг/ч отходов приводит к испарению остаточной воды 40 кг/ч. Охлажденная в бункере-теплообменнике 1 охлаждающая вода вновь поступает в конденсатор 30.

В результате охлаждения из газообразных продуктов выпадает конденсат, содержащий воду и жидкие углеводороды.

В нашем случае выпадающий за 1 час конденсат содержит 190 кг воды и

612 кг жидких углеводородов. Таким образом, количество выпадающего в конденсаторе 30 конденсата составляет (190 кг/ч + 612 кг/ч) = 802 кг/ч.

Конденсат из конденсатора 30 с расходом 802 кг/ч подают в сепаратор 33, в котором отделяют воду от жидких углеводородов.

Отделение воды от жидких углеводородов осуществляют частично, т.е. устанавливают массовое соотношение жидких углеводородов и воды в смеси в пределах 1 :4. С помощью крана 34 в смеситель 35 подают жидкие углеводороды с расходом 47,5 кг/ч, а с помощью крана 36 в смеситель подают воду из сепаратора 33 с расходом 190 кг/ч, что обеспечивает массовое соотношение жидких углеводородов и воды в смеси 1 :4.

Полученную смесь воды и жидких углеводородов из смесителя 35 с расходом 47,5 кг/ч + 190 кг/ч = 237,5 кг/ч пропускают через канал 37, оборудованный ультразвуковым излучателем 38 с генератором 39. В процессе пропускания смеси в канале 37 возбуждают ультразвуковую кавитацию путем наложения ультразвука с частотой 200 кГц и интенсивностью колебаний 5,0 Вт/см . Под действием ультразвуковой кавитации образуется устойчивая смесь воды и жидких углеводородов, которую с помощью насоса 40 с расходом 237,5 кг/ч подают в топку 15 и сжигают. Удельная теплота сгорания такой смеси составляет 8000 кДж/кг, а сжигание 237,5 кг/ч смеси эквивалентно сжиганию 47,5 кг жидкого топлива с удельной теплотой сгорания 40 000 кДж/кг (например, солярки). Поэтому одновременно с помощью крана 14 снижают подачу жидкого топлива из емкости 13 в топку 15 на величину 47,5 кг/ч и устанавливают равной 200 кг/ч - 47,5 = 152,5 кг/ч. Остаточные жидкие углеводороды из сепаратора 33 с расходом 612 кг/ч - 47,5 кг/ч = 564,5 кг/ч подают в накопитель 41.

Продвигающиеся на ленте транспортера 8 нефтяные отходы перемещаются от загрузки к каналу выгрузки 42. Здесь в результате поворота ленты транспортера 8 осуществляется выгрузка под действием собственного веса очищенных от углеводородов нефтяных отходов. При этом количество выгружаемых очищенных отходов составляет величину 2000 кг/ч - 40 кг/ч - 720 кг/ч = 1240 кг/ч, где 2000 кг/ч составляют исходные отходы, а 40 кг/ч - составляет испарившаяся из отходов вода и 720 кг/ч составляют выделившиеся из отходов (в результате испарения и термического разложения) нефтепродукты.

Очищенные отходы содержат неорганические составляющие и кокс в количестве 80 кг на 1240 кг общего веса, т.е. содержание кокса в очищенных отходах составляет (80 кг/1240 кг).Ю0 % = 6,45 %. Поэтому данные отходы (твердый остаток) при температуре Т = 600°С из канала выгрузки с помощью шнека 43 с расходом 1240 кг/ч подают в газогенератор 44.

Температуру твердого остатка контролируют по показаниям датчика 59 температуры, а устанавливают температуру путем подачи в рубашку 60 с помощью крана 61 охлаждающей воды от градирни 50.

В газогенераторе 44 осуществляют газификацию отходов с образованием золы и генераторных газов. Остаточный кокс в газогенераторе взаимодействует с водяным паром по реакции: С + Н 2 0 = СО + Н 2 .

Из данной реакции следует, что для взаимодействия 80 кг кокса (содержит практически 100 углерода) с водяным паром потребуется 120 кг водяного пара, в результате чего образуется 80 кг + 120 кг = 200 кг горючего газа с удельной теплотой сгорания 20 000 кДж/кг.

Одновременно с подачей очищенных отходов с помощью крана 45 через шибер 46 в газогенератор 44 подают водяной пар и воздух. Причем расход пара регулируют краном 45 и устанавливают равным 120 кг/ч, чтобы обеспечить производство генераторного газа. Образующийся в газогенераторе 44 генераторный газ с расходом 200 кг/ч подают в печь 15 и сжигают. Поэтому одновременно с помощью крана 14 снижают подачу жидкого топлива из емкости 13 в топку 15 на величину 100 кг/ч и устанавливают равной 152,5 кг/ч - 100 кг/ч = 52,5 кг/ч, т.к. сжигание генераторного газа с расходом 200 кг/ч эквивалентно сжиганию 100 кг/ч жидкого топлива.

В газогенераторе 44 образуется зола в количестве 1240 кг/ч - 80 кг/ч = 1160 кг/ч, которую выгружают в емкость 47. При этом 80 кг/ч составляет кокс, который в газогенераторе превращается в газ. Дымовые газы из парогенератора 20 при температуре Т = 200°С с расходом 2400 кг/ч подают в скруббер 48, где их через форсунки 49 орошают водой.

Для охлаждения 2400 кг/ч дымовых газов в скруббере и их промывки устанавливают расход воды 12500 кг/ч. Данная вода является оборотной и циркулирует в замкнутом цикле.

В результате газы промываются (из газов поглощаются сернистые соединения и диоксид углерода, а также частицы пыли) и очищенные выбрасываются в атмосферу.

Для обеспечения работы скруббера 48 используют градирню 50, в которой охлаждают воду для орошения до температуры Т = 20°С. Данную воду подают из градирни 50 в скруббер 48 с помощью насоса 51 с расходом 12 500 кг /ч, а возвращают в градирню 50 с помощью насоса 52 с расходом 12500 кг/ч.

В скруббере 48 образуется вода, содержащая кислоты и частицы пыли, и при этом в скруббере из дымовых газов конденсируется часть воды, что в нашем случае составляет 300 кг/ч . Для нейтрализации воды в скруббер 48 подают щелочь и устанавливают заданную кислотность воды рН, что контролируют по показаниям прибора 58.

Часть образующейся в скруббере 48 воды через фильтр 53 и кран 54 с расходом 230 кг/ч подают в парогенератор 20 и используют для производства рабочего водяного пара. Избыточную воду из скруббера 48 через кран 55 с расходом 300 кг/ч - 230 кг/ч = 70 кг/ч сливают в канализацию.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Предложенный способ переработки нефтяных отходов испытан в условиях экспериментального производства и отличается от известных улучшенными показателями по энергетическим затратам на переработку нефтяных отходов, повышением количественного выхода и качества продуктов переработки отходов, а также снижением вредных выбросов в окружающую среду.